Dieren kunnen op verschillende manieren omgaan met omgevingsverandering. Bij evolutionaire aanpassing verandert de genetische samenstelling van populaties over opeenvolgende generaties - een langzaam proces. Plasticiteit daarentegen betekent dat individuen zich vrij snel kunnen instellen op veranderde omstandigheden, zonder dat daar genetische mutaties voor nodig zijn. Bijvoorbeeld: bij mensen is de kleur van de huid voor een belangrijk deel genetisch bepaald – maar als we in de zon gaan zitten worden we donkerder. Dat is een plastische reactie.

In dit project onderzoeken we hoe deze beide processen bepalend zijn voor biodiversiteit: het ontstaan en behoud van verschillende soorten. We gebruiken cichlide vissen voor ons onderzoek. Deze familie is enorm soortenrijk en staat bovendien bekend om haar grote capaciteit voor niet-genetische, plastische aanpassing. We kijken specifiek naar het visuele systeem van de vissen, om twee redenen: 1) onder water bestaat grote variatie in lichtomstandigheden, 2) visuele waarneming is een belangrijke factor om te overleven.
Ook weten we al dat er grote variatie is tussen soorten cichliden in het visuele systeem en dat die variatie bepaald wordt door zowel genetische als plastische effecten.

Het project bestaat uit de volgende onderdelen:
1) Stamboomanalyse van visuele aanpassing.
Vissen worden onder verschillende lichtomstandigheden gekweekt in het lab en vervolgens kijken we hoe de pigmenten in de ogen daarop hebben gereageerd. Deze gegevens relateren we aan de positie van de onderzochte soorten in de evolutionaire stamboom. Hieruit kunnen we afleiden of een hoge mate van plasticiteit samenhangt met snelle of juist langzame soortvorming.
Daarnaast kijken we of soorten die relatief plastisch zijn, in de natuur ook in meer verschillende visuele omstandigheden voorkomen. Van alle soorten bekijken we ook de genetische kant van visuele aanpassing. Daarmee kunnen we de evolutionaire effecten van zowel plastische als genetische veranderingen analyseren en vergelijken.

2) Gedragseffecten van visuele aanpassing.
Visuele waarneming is belangrijk voor het vinden van voedsel, voor het opzoeken van een geschikte omgeving en voor het kiezen van een partner. In een serie gedragsexperimenten onderzoeken we de effecten van visuele plasticiteit en genetische variatie op deze gedragingen, die bepalend kunnen zijn voor het ontstaan en zich handhaven van nieuwe soorten.

3) De gevolgen van visuele aanpassing voor competitief vermogen.
We vermoeden dat plastische dieren zich sneller aanpassen aan een nieuwe omgeving en minder last hebben van concurrenten met andere visuele eigenschappen. Om dat te onderzoeken, laten we groepen vissen van verschillende soorten en met verschillende visuele eigenschappen met elkaar concurreren in een semi-natuurlijke omgeving.

Wetenschappelijk belang

Het is onbekend in hoeverre het ontstaan en overleven van soorten afhangt van de manier waarop deze zich aanpassen aan verandering: door langzame evolutie of door snelle plastische reacties. Vooruitgang vereist een integratieve aanpak, waarin nieuwe genetische technieken en stamboomanalyse worden gecombineerd met het kwantificeren van individueel gedrag en fitness in een semi-natuurlijke omgeving.

Maatschappelijk belang

Ons beperkte begrip van de relatie tussen plasticiteit en biodiversiteit maakt het lastig om te voorspellen hoe soorten reageren op veranderingen in het milieu. De huidige omvang van de door de mens veroorzaakte veranderingen, zoals de opwarming van de aarde en het verlies van leefgebieden, maakt het nog urgenter voor biologen om deze relatie te bestuderen.
De cichlide vissen van het Victoriameer worden blootgesteld aan grote, door de mens veroorzaakte veranderingen in hun omgeving, als gevolg van eutrofiëring, de introductie van een invasieve roofvis (nijlbaars) en overbevissing. Veel cichlidensoorten zijn al verdwenen, maar sommige lijken zich aan te kunnen passen. Verschillen tussen soorten in de mate van plasticiteit kunnen deze variatie misschien verklaren: sterk plastische soorten zijn wellicht beter toegerust dan minder plastische soorten. Visuele prestaties zijn belangrijk in de biologie van cichliden: ze gebruiken visuele signalen om voedsel, roofdieren en seksuele partners waar te nemen. Omdat eutrofiëring dramatische gevolgen heeft voor de lichtomstandigheden onder water, is het handhaven van adequate visuele waarneming cruciaal voor zowel overleving als voortplanting - en daarmee voor het voortbestaan van soorten. Toch is de rol van visuele plasticiteit in deze processen volledig onbekend. In dit project onderzoeken we hoe visuele plasticiteit bijdraagt aan de individuele overleving en gedrag in een veranderende lichtomgeving. Uiteindelijk zal dat ertoe leiden dat we beter kunnen voorspellen hoe kwetsbaar diersoorten zijn voor veranderingen in lichtomstandigheden, wat belangrijk is voor het ontwikkelen van adequate beschermingsmaatregelen.
Daarnaast kunnen de resultaten worden gebruikt om de viskwekerij te verbeteren. Tilapia, ook een cichlidensoort, is één van de belangrijkste kweekvissen wereldwijd. Lichtomstandigheden hebben invloed op de groei, de overleving en het welzijn van vissen, maar daar is niet veel onderzoek naar gedaan. Onze studie zou het begin kunnen zijn van een meer systematische aanpak, die kan leiden tot verbeteringen in zowel dierenwelzijn als de winstgevendheid van viskwekerijen.

In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van Cichlide vissen.