Hoe Darwin een alternatief biedt voor pesticiden
Astrid Kruitwagen, bezig om fruitvliegjes te verzamelen met behulp van een zuigbuisje. In de glazen pot links zitten de sluipwespen..
Pesticiden kunnen gewassen beschermen tegen schadelijke indringers, maar ze kunnen ook heel schadelijk zijn voor de natuur. Helaas zijn er niet altijd goede milieuvriendelijke alternatieven. Het inzetten van natuurlijke vijanden van een plaag zou een oplossing kunnen zijn. Voor mijn promotie kijk ik hoe we natuurlijke vijanden kunnen verbeteren voor biologische gewasbescherming.
Door: Astrid Kruitwagen / Foto’s: Henk veenstra
De juiste vijand vinden
Een van de grote uitdagingen is om een vijand te vinden die precies de juiste combinatie aan eigenschappen heeft om heel efficiënt een plaag in het gewas te kunnen vinden en doden. Zeker als het gaat om nieuwe plaagsoorten is dit lastig, omdat bestaande vijanden niet altijd effectief zijn. Doorgaans worden verschillende soorten getest om uiteindelijk een vijand te vinden met de juiste combinatie aan eigenschappen. Hierbij wordt voornamelijk gekeken naar variatie tussen soorten. Het interessante is dat we weten dat er vaak ook binnen één soort grote variatie kan bestaan. Individuen kunnen verschillen in eigenschappen die cruciaal zijn om plagen te onderdrukken, zoals zoekefficiëntie, reproductiesnelheid en hun vermogen om te doden. Maar, wat hebben we aan die kennis?
Een betere soort creëren
Als deze variatie ook erfelijk is, zou je een bepaalde soort in het lab kunstmatig kunnen selecteren om zo een lijn te creëren met de gewenste eigenschappen: een veelkoppig monster selecteren voor de bescherming van onze gewassen. Een bijkomend voordeel is dat we dan niets modificeren aan het genetische materiaal: we proberen juist te kijken hoe we het beste gebruik kunnen maken van de genetische variatie die er al bestaat in de natuur.
Geëvolueerde tomaten en aardbeien
Dit lijkt op het eerste gezicht best realistisch. Het bewijs dat evolutie ingezet kan worden om organismen naar onze menselijke smaak te veranderen is snel te vinden. Kijk maar op de groente- en fruitafdeling van de supermarkt: allemaal het resultaat van eeuwenlange plantenveredeling. Zouden we dit ook kunnen doen voor het verbeteren van natuurlijke vijanden voor gewasbescherming?
De sluipwesp: kunnen we deze natuurlijke vijanden van de fruitvlieg verbeteren?
De fruitvlieg: klein, schadelijk en sterk
Binnen mijn onderzoek richt ik me op de biologische bestrijding van de suzuki-fruitvlieg. Een exoot die zo’n tien jaar geleden naar Nederland is gekomen en grote schade toebrengt aan zacht fruit, zoals kersen, blauwe bessen, frambozen, aardbeien en druiven. Sluipwespen zouden tegenstand kunnen bieden aan deze plaag door de vliegjes te parasiteren. Er blijkt alleen een groot probleem te zijn: de suzuki-vlieg heeft een enorm hoge weerstand. Daar zijn de meeste inheemse sluipwespen niet tegen opgewassen, waardoor de vlieg ontkomt aan zijn vijand en dus ongestoord zijn gang kan gaan.
Een nieuwe sluipwesp
Om een geschikte sluipwespensoort te vinden hebben we eerst uitgebreid literatuuronderzoek en laboratoriumexperimenten gedaan. Hierbij kwamen we uit op een soort die vrij algemeen voorkomt in Nederland en beschreven is onder de Latijnse naam Leptopilina heterotoma. Deze soort blijkt, in tegenstelling tot de meeste andere sluipwespensoorten, tot op zeker hoogte in staat te zijn om de suzuki-vlieg te parasiteren. Toch was dit nog niet toereikend om hen in te kunnen zetten als biologische bestrijder. Daarom zijn we een groot onderzoek gestart om te zien of we een nieuwe efficiënte sluipwespenlijn konden selecteren.
Variatie en erfelijkheid
Om dit te doen hebben we inzicht nodig in twee fundamentele voorwaarden van de evolutie: variatie en erfelijkheid. In andere woorden: verschillen individuele sluipwespen van elkaar, en in hoeverre is hun gedrag genetisch bepaald? Inzicht in deze fundamentele biologische vragen is essentieel om tot een toepassing te komen: het doorontwikkelen van de selectiemethode voor optimalisatie van biologische bestrijding.
‘Koelkasten’ vol sluipwespen
In het laboratorium op de zesde verdieping van de Linnaeusborg op de Zernikecampus staan een aantal grote ‘incubatoren’: grote kasten die er op het eerste gezicht uitzien als koelkasten. Voor dit onderzoek hebben we daarin allerlei sluipwespen uit Nederland, Spanje en Frankrijk verzameld en gekweekt. Naast de sluipwesp kweken we hier ook de vliegen waarop ze geselecteerd werden. De ‘vijand’ en zijn ‘slachtoffer’ staan naast elkaar, gescheiden door de wanden van de incubator, en lijken volledig overgeleverd te zijn aan de mens.
Predator en prooi, gebroederlijk naast elkaar in een incubator
Gunstige voortekenen
Door middel van gedragsexperimenten in het lab hebben we aangetoond dat er significante verschillen bestaan tussen Europese populaties in hun vermogen om de suzuki-vlieg te parasiteren. Dat was goed nieuws, want deze variatie is de eerste voorwaarde van evolutie. Vervolgens hebben we deze populaties gekruist om gebaseerd op hun verwantschap een schatting te kunnen maken in hoeverre die verschillen ook daadwerkelijk erfelijk zijn. Het resultaat was duidelijk: de efficiëntie waarmee sluipwespen suzuki-fruitvliegen parasiteren was gedeeltelijk genetisch bepaald. Dus zo hebben we ook de tweede voorwaarde van evolutie (erfelijkheid) voldaan en zou je dus - in theorie - verwachten dat de sluipwespen kunstmatig geselecteerd kunnen worden.
De mens kan niet alles sturen
Een jaar lang heb ik in het lab gestaan om te zien of we de sluipwespen konden selecteren om ze sterker te maken in het parasiteren van de suzuki-fruitvlieg. Generatie op generatie heb ik vele sluipwespen met elkaar vergeleken, en de beste sluipwespen geselecteerd en gekruist. Evolutie in het lab! De uitkomsten van het onderzoek waren niet helemaal wat we van tevoren hadden verwacht. Er bleek na een jaar lang selecteren geen grote verbetering in parasitisme. Ook uit de eerste kasproeven kwam naar voren dat de geselecteerde sluipwespen niet toereikend waren om ze in te zetten als biologische bestrijders. Dat betekent dat we met de uitkomsten van dit onderzoek nog geen directe toepassing bieden voor fruittelers tegen de suzuki-plaag. De beestjes in het lab blijken zich niet zomaar te laten sturen door de mens, ondanks al onze wetenschappelijke inzichten.
Juiste methode?
Je zou je dus kunnen afvragen of kunstmatige selectie dan wel een goede methode is voor verbetering van biologische bestrijding. Maar, met de kennis die we binnen dit onderzoek hebben opgedaan kunnen we deze methode verbeteren om in de toekomst efficiënter natuurlijke vijanden te kunnen selecteren. Toch is er misschien nog een andere factor die niet onderschat moet worden.
Evolutie vergt meer tijd
Naast variatie en erfelijkheid is er nog een derde ingrediënt nodig voor kunstmatige selectie: tijd. Evolutie heeft tijd nodig. Terugkijkend naar de geschiedenis van de aardbei, paprika, tomaat en komkommer, is duidelijk dat deze gewassen ook niet in één jaar geselecteerd zijn. Er is tijd nodig om te proberen, om de juiste genetische variatie te vinden, door te kruisen en om toeval een kans te geven. Selecteren van natuurlijke vijanden lijkt daarom niet altijd een directe oplossing te bieden, maar heeft wel potentie voor optimaliseren van biologische bestrijding in de toekomst, als er in ieder geval aan de basisingrediënten voldaan kan worden.
Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met RUG Magazine.
Meer informatie
Astrid Kruitwagen, a.j.kruitwagen@rug.nl
De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Evolutionary Applications