Morfologische taxonomie en DNA barcoding van een geselecteerde groep nachtvlinders uit Afrika

Heeft ieder levend wezen een streepjescode?

We weten nog steeds niet hoeveel plant- en diersoorten er precies bestaan op aarde, vooral omdat de identificatie ervan zeer moeilijk en specialistenwerk is. Een nieuwe, veelbelovende moleculaire techniek – DNA barcoding – gebruikt een kort stuk van het genetisch materiaal (de DNA barcode), om soorten te identificeren. Maar is DNA barcoding wel zo doeltreffend als men denkt? Een test met Afrikaanse nachtvlinders werpt licht op de mogelijkheden en beperkingen.

“Een inzicht in de natuur, en alles wat erin leeft is niet alleen een bron voor grote nieuwsgierigheid, maar ook van voldoening.” Deze woorden werden door de bekende natuurdocumentaire-presentator Sir David Attenborough uitgesproken over de verscheidenheid aan levensvormen op aarde, ook wel biodiversiteit genoemd. Mede dankzij zijn inspanningen is de interesse hiervoor de laatste twintig jaar sterk toegenomen. Toch gaat het niet goed met de wereldwijde biodiversiteit, die sinds de industriële revolutie sterk afneemt. Dit is vooral te wijten aan de explosieve toename van de menselijke bevolking en de druk op de omgeving die daarbij ontstaat. Doordat we ons hiervan steeds meer bewust worden, worden er talloze initiatieven ondernomen om de biodiversiteit te beschermen. 2010 was bijvoorbeeld het jaar van de diversiteit, en ook de Nagoya-top in hetzelfde jaar en het nieuwe Europese biodiversiteitsplan getuigen van een toenemende bezorgdheid. Eén van de grootste problemen waar deze initiatieven mee geconfronteerd worden, is dat we niet weten hoe groot de diversiteit eigenlijk is en dus ook niet hoe snel deze verloren gaat. De sterkste afname van de biodiversiteit situeert zich vooral in de tropische gebieden. Deze gebieden herbergen een enorme hoeveelheid plant- en diersoorten die nog ongekend zijn, maar die aan een hoog tempo verdwijnen. Een efficiënte manier om soorten te identificeren en zo de biodiversiteit te catalogiseren en te beschermen is dus van extreem belang.

Waarom DNA barcoding?

Ondanks dat wetenschappers al zo’n 250 jaar bezig zijn met het beschrijven van soorten, zijn er momenteel, naar schatting, slechts 10% van alle soorten beschreven. Dit komt omdat er enorm veel soorten zijn, maar ook doordat  er van elke (nieuwe) soort exemplaren bewaard dienen te worden in een collectie, waarna alle later gevangen exemplaren hiermee vergeleken kunnen worden (dit classificeren van soorten noemt men taxonomie). Dit veroorzaakt vanzelfsprekend praktische problemen. Wanneer veel wetenschappers exemplaren verzamelen bestaat er het risico dat dezelfde soort meerdere keren beschreven wordt onder verschillende namen. Tegelijk zijn er veel soorten die sterk op elkaar gelijken, waardoor het moeilijk is om deze te onderscheiden en te identificeren. Sommige soorten kunnen ook met elkaar kruisen en daardoor een soort tussenvorm (hybride) creëren. Als dan de mannetjes en vrouwtjes binnen een soort er ook nog verschillend uitzien, wordt het helemaal ingewikkeld. Door deze complexiteit zijn er maar een beperkt aantal specialisten die in staat zijn soorten correct te identificeren.

Vanwege deze problemen is men op zoek naar een eenvoudige, nauwkeurige en snelle manier om soorten te identificeren. Een mogelijke oplossing werd door een groep Canadese onderzoekers in 2003 voorgesteld onder de noemer “DNA barcoding”. Het idee achter DNA barcoding is dat de samenstelling van het DNA voor elke soort uniek is, zelfs voor kleine stukjes DNA. Wanneer je de sequentie van dit stukje DNA kent, dan kan je aan de hand hiervan de soort identificeren, net zoals elk product in de supermarkt een unieke streepjescode heeft. Het opzet is om de barcode van alle organismen te bepalen. Op deze manier kunnen niet alleen alle soorten eenvoudig geïdentificeerd worden, maar kunnen ook sneller ‘nieuwe’ (nog niet beschreven soorten) ontdekt worden.

Barcode databanken.

Om die snelle identificaties mogelijk te maken, moeten alle DNA barcodes wel ergens opgeslagen worden en vrij toegankelijk zijn. Zo zijn er twee internationale databanken, GenBank en Barcode Of Life Systems (BOLD). Deze databanken zijn voor iedereen toegankelijk en dienen als referentie voor de barcodes. Iedereen kan hieraan DNA barcodes toevoegen en hieruit DNA barcodes gebruiken. Deze databanken bezitten ook programma’s die je helpen bij het identificeren van de organismen waarvan je de naam niet kent, maar wel de DNA barcode bezit.

Afrikaanse nachtvlinders als test.

In een studie aan de Universiteit Antwerpen werd de efficiëntie van DNA barcoding van Afrikaanse nachtvlinders onderzocht, omdat deze groep een grote soortenrijkdom heeft en tot op heden weinig bestudeerd is. Dankzij het koloniale tijdperk zijn er heel veel exemplaren van deze vlinders aanwezig in musea. De vlinders werden eerst op de traditionele manier, aan de hand van de morfologie, geïdentificeerd. Vervolgens werden de DNA barcodes bepaald. De barcodes werden ingegeven in de online databanken en er werd onderzocht of er sterke overeenkomsten met reeds aanwezige barcodes van gekende soorten werden gevonden. Daarna werden de identificaties aan de hand van de DNA barcodes vergeleken met de identificaties op basis van de morfologie.

Uit de resultaten bleek dat momenteel ongeveer slechts twee derde van de onderzochte vlinders met DNA barcoding geïdentificeerd kunnen worden. Dit is deels te wijten aan fouten in, en onvolledigheid van, de databanken, maar ook aan het feit dat sommige soorten zo nauw verwant zijn aan elkaar waardoor ze aan de hand van hun morfologie niet te onderscheiden zijn. In deze gevallen spreekt men van cryptische soorten. De studie geeft dus ook aan dat DNA barcoding gebruikt kan worden om nog niet beschreven Afrikaanse vlindersoorten op te sporen.

Pas als de online bibliotheken volledig en correct zijn, en dus een volledige catalogus van alle plant- en diersoorten bevatten, zullen de mogelijkheden van DNA barcoding ten volle duidelijk worden.

Nog veel werk aan de winkel!

Natuur en biodiversiteit zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. De achteruitgang van de biodiversiteit stoppen, is om die reden één van de grootste uitdagingen voor de volgende decennia. Hoe snel het aantal soorten afneemt, kan pas bepaald worden als de volledige biodiversiteit gekend is. De ontwikkeling van eenvoudige DNA technieken laat ons hopelijk toe om in de nabije toekomst het catalogiseren en classificeren van alle levende organismen te versnellen om op die manier bij te dragen tot het stoppen van de achteruitgang van de biodiversiteit van onze aarde.