In het najaar van 2022 en het voorjaar van 2023 werkte student plantenwetenschappen Dieder de Frens (Wageningen University & Research) aan onderzoek naar zonnedauw. Tijdens dit project bekeek hij zo’n veertig verschillende soorten vleesetende planten, zonnedauw maar ook andere, onder een elektronenmicroscoop, bij een vergroting van dertig keer tot meer dan tweeduizend keer.
Zijn doel was de evolutionaire geschiedenis van de soorten zonnedauw af te leiden. Dieder werd begeleid door collectiebeheerder Roderick Bouman van de Leidse Hortus en door Freek Bakker van Wageningen University & Research. Dieder schreef destijds een aantal blogs over zijn werkzaamheden, die je hieronder terug kunt lezen.
Blog 1
"Hallo iedereen! Mijn naam is Dieder en ik zal de komende maanden in de Hortus, bij het Instituut van Biologie Leiden en bij de universiteit van Wageningen een onderzoek uitvoeren. Ik studeer plantenwetenschappen en ik ben bijzonder geïnteresseerd in de diversiteit van interessante groepen planten, zoals vleesetende planten en tropische vruchtenplanten. Ik ben daarom heel erg blij met de kans om in de Hortus een onderzoek te kunnen doen naar een uiterst interessante en diverse groep planten zoals zonnedauw (Drosera). Sinds dit project begonnen is heb ik nog meer waardering gekregen voor deze groep planten, in de foto’s hieronder zien jullie verschillende zonnedauw soorten die ik afgelopen zomer in Noorwegen heb gezien.
Voor mijn project zullen wij niet alleen de collectie van zonnedauw soorten uit de Hortus gebruiken, maar door gebruik te maken van het netwerk van botanische tuinen, kunnen we nog meer soorten bij het onderzoek betrekken. Met al deze soorten is het idee dat wij gaan kijken naar de klierhaartjes op de bladeren. Deze klierhaartjes zijn verantwoordelijk voor het vangen en verteren van insecten. Wat interessant is voor ons onderzoek is dat niet alle klierhaartjes hetzelfde zijn, er zijn een aantal soorten van die haartjes die verschillende vormen en functies hebben, en deze verschillen zijn niet altijd met het blote oog te onderscheiden. Hierom zullen wij de bladeren van deze soorten in beeld brengen met een elektronenmicroscoop om te zien welke soorten zonnedauw welke kliertjes bezitten. Met deze informatie denken wij te kunnen achterhalen hoe carnivorie in deze fascinerende groep planten gespecialiseerd is en hoe de verschillende soorten zonnedauw zich aangepast hebben aan hun omgeving.
Dit onderzoek is mede mogelijk gemaakt door de Compound Eyes Foundation. Door hun steun is het voor ons mogelijk om van zoveel soorten foto’s te kunnen maken die niet alleen wetenschappelijk interessant zijn, maar ook inspirerend voor een breder publiek."
Drosera anglica buigt om zijn prooi heen en verteert deze.
De drie soorten Drosera die in Europa wild te vinden zijn, van links naar rechts: D. rotundifolia, D. intermedia, en D. anglica.
Blog 2
"Voordat ik met jullie de details van mijn onderzoek induik zal ik eerst wat inzicht geven in het geslacht van de zonnedauw: Drosera. Drosera komt voor over de hele wereld behalve Antarctica met wel meer dan 250 soorten. Zelfs hier in Nederland komen soorten van Drosera voor! De soorten die hier te vinden zijn als je heel erg je best doet zijn de ronde zonnedauw (Drosera rotundifolia), de kleine zonnedauw (D. intermedia), en de lange zonnedauw (D. anglica).
Zonnedauw is dus een erg diverse groep planten, maar wat ze allemaal gemeen hebben is dat ze insecten vangen en eten omdat hun leefomgeving erg weinig voedingsstoffen heeft voor ze. De planten zijn daarom afhankelijk van de voeding uit insecten. Het vangen van insecten doen de planten door hun plakkerige haartjes waarmee ze prooi vangen en afbreken, over deze diverse en fascinerende structuren zal ik in de volgende blog veel meer vertellen.
Drosera bestaat uit 4 subgenera, elk met hun eigen kenmerken en bijzondere eigenschappen. Ik zal jullie ter illustratie van dit mooie geslacht een voorbeeld geven uit elk subgenus. Het eerste subgenus is Regia met als enige soort D. regia, mijn persoonlijke favoriet. Deze Zuid-Afrikaanse soort is de meest primitieve soort zonnedauw die bekend is en hij is erg herkenbaar aan zijn lange bladeren die ontrollen zoals bij varens. Deze soort is zeldzaam in het wild maar zeer spectaculair."
“Het tweede subgenus is Arcturia, dit subgenus bestaat uit maar 2 soorten die een zeer beperkte verspreiding in Nieuw-Zeeland en Australië. D. arcturia is een soort die net als D. regia vrij primitief is. Opvallend aan deze soort is dat deze maar weinig vleesetende bladeren tegelijk heeft en in tegenstelling tot de meeste andere soorten maakt hij aan de basis ook bladeren zonder vleesetende klieren.”
Blog 3
“Het is tijd om wat dieper de wetenschap in te duiken, hoe wil ik precies gaan kijken naar de diversiteit van zonnedauwsoorten en wat is er eigenlijk allemaal te zien? Eerst zal ik jullie vertellen over de klierharen die te vinden zijn in deze groep planten. Op het oog lijkt het vrij simpel, haartjes met een plakkerige dauwdruppel op het uiteinde waaraan insecten vastkleven en aan hun einde komen, Zo simpel is het echter niet.”
Drosera madagascariensis heeft een prooi gevangen en brengt zijn klieren naar binnen.
"Wanneer een insect verstrikt raakt in de plakkerige haartjes van een zonnedauwblad gebeuren er twee belangrijke dingen tegelijk: door de aanraking en beweging van de kliertjes buigt de plant omliggende haartjes naar de prooi toe om hem vast te houden en soms rolt zelfs het hele blad zich eromheen. De plant wil natuurlijk geen energie verspillen, dus terwijl dit gebeurt ‘proeft’ de plant of er stoffen uit het exoskelet van een insect aanwezig zijn, zo niet, dan is het vals alarm en zal de plant geen energie meer verspillen. Wanneer de plant zeker weet dat er een prooi is gevangen maakt hij een heel arsenaal aan stoffen om het insect te verteren en op te nemen."
Close-up van Drosera spiralis, je ziet behalve de bekende grote klieren ook een aantal verschillende kleinere kliertjes!
Een fragment van Drosera capensis bedekt in een dun laagje metaal, klaar voor de microscoop.
“Hier komen we tot wat zonnedauw zo interessant maakt: de kliertjes die we op de bladeren van verschillende soorten zonnedauw zien zijn niet allemaal hetzelfde, er zit juist zeer veel variatie in, hoe is deze variatie ontstaan? Behalve de bekende plakkerige tentakels zijn er ook kleine kliertjes zonder stengel, kleine kliertjes met een stengel, en grote klieren aan de rand die soms binnen seconden naar binnen kunnen vouwen. Deze fascinerende variatie in klieren is vooralsnog niet goed bestudeerd en het is dus niet duidelijk hoe deze verschillende klieren geëvolueerd zijn en zelfs waarvoor ze dienen. Het doel van dit onderzoek is om eerst zoveel mogelijk verschillende kliertjes op zonnedauw soorten in kaart te brengen. Dit doen we door de verschillende soorten te bekijken onder een enorm sterke microscoop die tot wel een miljoen keer kan inzoomen, een elektronenmicroscoop. Om de bladeren hiermee te kunnen bekijken moeten we ze eerst helemaal uitdrogen zonder ze te beschadigen, vervolgens brengen we een zeer dun laagje metaal aan op de stukjes blad en dan zijn ze klaar om te bekijken. Dit levert prachtig gedetailleerde afbeeldingen op van alle verschillende kliertjes. Hieronder zien jullie een voorproefje van de afbeeldingen die verder te verwachten zijn.”
Een van de eerste foto’s met een elektronenmicroscoop van Drosera capensis, je ziet de verschillende klieren al een beetje.
"De volgende stap in het onderzoek zal zijn om een stamboom te bouwen van zoveel mogelijk soorten zonnedauw. “Wat houdt dat precies in?” vraag je je misschien af, gelukkig is het niet zo ingewikkeld als het klinkt. Een stamboom is een manier om weer te geven hoe verschillende soorten aan elkaar gerelateerd zijn, dus hoe groter de afstand tussen twee soorten op een stamboom, hoe langer geleden deze een gemeenschappelijke voorouder hadden. Voor het bouwen van deze stamboom zullen wij kijken naar het genetische materiaal van de zonnedauw soorten: het DNA. DNA verandert heel langzaam over generaties waardoor we het kunnen gebruiken om te zien hoeveel soorten van elkaar verschillen. Voor deze DNA analyse zal ik binnenkort bij de biosystematiek groep van de universiteit van Wageningen aan de slag gaan. In mijn volgende blog zal ik jullie vertellen over wat we uiteindelijk van plan zijn te doen met alle data die wij nu verzamelen en waar we nu staan met het onderzoek."
Blog 4
"Mijn labwerk zit erop! Ik heb zoveel mogelijk soorten zonnedauw onderzocht met de electronenmicroscoop en vervolgens heb ik van deze soorten het DNA bekeken. Dat betekent dat er voor mij een hoop verwerken, analyseren, en natuurlijk schrijven aankomt. Ik zal jullie hier vertellen over wat ik precies voor ogen heb voor de uitkomst van mijn analyses.
Zonnedauw dook als groep voor het eerst op ongeveer 36 miljoen jaar geleden! In deze tijd had Antarctica nog bossen en bestonden mensapen nog niet, kortom, een wereld die buitenaards zou aanvoelen voor ons vandaag. Dit is juist zeer fascinerend voor mij, hoe zagen de alleroudste voorouders van de zonnedauw eruit? Welke klieren hadden deze planten? Dat is een deel van wat ik ga proberen uit te zoeken. Met alle foto’s die ik heb gemaakt met behulp van de electronenmicroscoop weet ik van een groot aantal soorten welke klieren hierop aanwezig zijn. Door deze informatie te vergelijken met de stamboom, die ik noemde in mijn vorige blog, kan ik met de hulp van een aantal slimme programma’s reconstrueren hoe de voorouders van deze soorten er waarschijnlijk hebben uitgezien. Door dit uit te rekenen voor de verschillende typen kliertjes die ik gevonden heb kan ik een beeld schetsen van welke kliertjes al sinds het ontstaan van de zonnedauw 36 miljoen jaar geleden mogelijk aanwezig waren en welke soorten kliertjes recenter geëvolueerd zijn.
Ter illustratie geef ik een voorbeeld van een van de soorten kliertjes die ik in een eerdere blog genoemd heb, de kliertjes aan de rand van bladeren die snel naar binnen kunnen vouwen. Deze kliertjes komen voor in veel verschillende soorten, maar we weten door een gebrek aan fossiele zonnedauw planten niet of hun voorouders dit ook hadden. In dit voorbeeldfiguur heb ik een stamboom van 4 soorten gemaakt, van elke soort heb ik genoteerd of dat deze wel of geen kliertjes op de bladrand heeft die naar binnen vouwen. Op deze stamboom zie je 3 voorouders bij de vraagtekens, waarvan de meeste linkse de oudste voorouder is van alle 4 de soorten. Aan de hand van deze data kunnen ingewikkelde computerprogramma’s uitrekenen wat de kans is dat elke voorouder deze soort kliertjes had, en zoals jullie rechts zien is er in dit geval een grotere kans dat de verste voorouder wel deze kliertjes had. Dus, miljoenen jaren geleden had de voorouder van de zonnedauw waarschijnlijk (in dit voorbeeld) wel al deze bijzondere soort klieren! Ik vind het fascinerend om op deze manier een kijk terug in de tijd te kunnen nemen."
“Wanneer mijn analyses zijn afgerond en mijn rapport is geschreven ga ik met de Hortus mijn best doen om de prachtige foto’s en resultaten uit mijn onderzoek te laten zien aan een breder publiek. Ik hoop zeer dat jullie iets hebben geleerd van mijn blogs en iets van mijn enthousiasme voor deze mooie maar kwetsbare plantjes hebben overgenomen.”
