Het pigment dat bieten rood kleurt hielp planten mogelijk ook om de woestijnen te veroveren.
Het rode pigment in bieten lijkt misschien vooral goed voor een opvallende kleur. Maar betalaïnen, zoals deze pigmenten heten, kunnen veel belangrijker zijn geweest voor de evolutie van planten. Onderzoekers van onder meer de University of Michigan vonden aanwijzingen dat betalaïnen planten hielpen om droge omstandigheden te verdragen. Daardoor konden later andere aanpassingen ontstaan, zoals dikkere bladeren en stengels waarin water wordt opgeslagen. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift New Phytologist.
Extreme omstandigheden
Betalaïnen komen alleen voor binnen de Caryophyllales, een grote groep bloeiende planten met ongeveer 12.000 soorten. Tot deze groep behoren onder meer cactussen en veel andere planten die goed tegen droogte kunnen. Al langer was bekend dat deze planten onder stress meer betalaïnen produceren. Dat gebeurt bijvoorbeeld als ze te maken krijgen met extreme droogte, of als er te veel zout in de aarde zit. De pigmenten lijken de plant tegen die bedreigingen te beschermen. Ze kunnen onder meer helpen door schadelijke stoffen op te ruimen die tijdens het ervaren van die stress in plantencellen ontstaan.
Leestip: Woestijnmossen blijken mogelijk toch hulp te krijgen van schimmels
Ook zijn er aanwijzingen gevonden dat betalaïnen cellen kunnen helpen om water beter uit hun omgeving op te nemen. De nieuwe studie keek niet alleen naar wat het pigment vandaag doet, maar vooral naar de rol die het tijdens de evolutie van deze planten heeft gespeeld. Daarvoor maakten de onderzoekers een uitgebreide stamboom van de Caryophyllales. Ze gebruikten genetische gegevens, kenmerken van levende planten en informatie van fossiele plantensoorten.
In totaal bevatte de analyse gegevens van meer dan 4400 soorten. Daarna bekeken ze per soort onder meer of die betalaïnen maakt, een vetplant is en in droge gebieden voorkomt. Voor dat laatste gebruikten ze ruim 1,7 miljoen vindplaatsen van bewaarde planten in herbaria. Die gegevens koppelden ze aan informatie over het klimaat. Zo konden de onderzoekers terugrekenen wanneer bepaalde eigenschappen waarschijnlijk in de evolutie ontstonden.
De ontwikkeling van vetplanten
Daaruit kwam een opvallend patroon naar voren. Betalaïnen lijken binnen de Caryophyllales maar liefst vier keer onafhankelijk van elkaar te zijn ontstaan, allemaal vroeg in de geschiedenis van deze plantengroep. Specifiek de takken van de stamboom waar het pigment in verscheen maakten later ook vaker de overstap naar droge leefgebieden. Van de soorten die droogtetolerant waren had 75 procent betalaïnen.
Wanneer de onderzoekers alleen keken naar de soorten die in hete en droge gebieden leven liep het aandeel op tot 85 procent. Dat bewijst niet dat betalaïnen op zichzelf droogtetolerantie veroorzaken, maar het sterke verband past wel bij het idee dat het pigment planten hielp om droge omstandigheden te verdragen.
Daarna lijkt een tweede stap te zijn gevolgd: de ontwikkeling van vetplanten, ook wel succulenten genoemd. Zulke planten slaan water op in dikke, vlezige bladeren of stengels. Dat is handig in een woestijn, maar zo’n ontwikkeling vraagt ook veel van een plant. “Succulentie is in de meeste gevallen een erg kostbare aanpassing”, zegt onderzoeker Tom Carruthers. “Je hebt heel dikke bladeren die je met water vult, en daar zijn veel evolutionaire nadelen aan verbonden.” Volgens hem is het daarom goed mogelijk dat betalaïnen planten eerst hielpen om droge gebieden binnen te trekken.
De cijfers ondersteunen dat idee. Van de onderzochte succulente soorten bleek maar liefst 97 procent betalaïnen te hebben. De onderzoekers vonden bovendien dat succulentie veel vaker ontstond in evolutionaire lijnen waarin ook betalaïnen verschenen. De volgorde is daarbij belangrijk: een plant hoeft niet meteen te veranderen in een vetplant om goed met droogte om te kunnen gaan. Een veel kleinere verandering, zoals de ontwikkeling van een beschermend pigment, kan de omstandigheden scheppen waarin een veel grotere aanpassing, zoals succulentie, voordelig kan zijn.
Leven in de woestijn
Dat maakt de studie interessant voor ons beeld van evolutie. “Wat ik altijd bijzonder vond wat betreft de Caryophyllales is hoeveel verschillende groepen onafhankelijk van elkaar zijn gaan leven in extreem droge gebieden”, zegt onderzoeker Stephen Smith. De onderzoekers wilden daarom weten of bepaalde eigenschappen zulke herhaalde veranderingen mogelijk maakten. Betalaïnen vielen op omdat ze alleen binnen deze plantengroep voorkomen en vaak te vinden zijn bij soorten uit droge gebieden.
Echter bestaan er ook Caryophyllales-planten die zonder betalaïnen in droge gebieden kunnen leven. Dat laat zien dat er mogelijk nog meer pigmenten en/of aanpassingen bestaan die hetzelfde doel kunnen bereiken. Daarnaast benadrukken de onderzoekers dat nog niet precies bekend is hoe betalaïnen planten tegen verschillende vormen van stress beschermen. Daar is volgens het team meer onderzoek voor nodig. De studie laat voor nu vooral zien dat betalaïnen waarschijnlijk een bijzondere rol hebben gespeeld in de evolutie van de Caryophyllales.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Afgedankte Aloë vera-schillen zouden zomaar eens dienst kunnen doen als milieuvriendelijke insecticiden en De cactus in jouw vensterbank is een evolutiekanon . Of lees dit artikel: Er groeien plots andere planten hoog in de bergen, maar dat komt niet alleen door de opwarming .
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
