In 1879 begraaft een botanist 20 flesjes met daarin de zaden van 23 verschillende soorten onkruid. Doel is om er elke vijf jaar eentje op te graven en na te gaan hoelang de zaadjes levensvatbaar blijven. Inmiddels zijn we 144 jaar verder en heeft het experiment onderzoekers onlangs weer weten te verrassen.
Dat is te lezen in het blad American Journal of Botany. Het onderzoeksartikel onthult de nieuwste ontdekkingen binnen het Beal Seed Experiment, een experiment dat al sinds 1879 loopt en daarmee één van de langstlopende plantenexperimenten ter wereld is (zie kader).
In 1879 begraaft botanist William J. Beal 20 kleine flesjes die elk gevuld zijn met zand en 50 zaadjes van 23 verschillende soorten onkruid. Hij neemt zich voor om er elke vijf jaar eentje op te graven om na te gaan of de zaadjes nog ontkiemen. Doel is om zo te achterhalen hoelang de zaden van onkruid levensvatbaar blijven. In 1910 gaat Beal met pensioen. Maar zijn experiment wordt overgenomen door een collega die in 1920 besluit om het experiment te verlengen door niet elke vijf, maar elke tien jaar een flesje op te graven. Decennia verstrijken en de opgegraven zaden blijven maar ontkiemen. En in 1980 wordt daarom besloten om voortaan om de 20 jaar een flesje boven te halen. De laatste keer dat dat gebeurde, was in 2021. Op dit moment zijn er nog vier flesjes begraven, wat betekent dat het experiment pas rond het jaar 2100 tot voltooiing zal komen.
Zo’n 141 jaar nadat Beal de flesjes zorgvuldig begroef, haalden onderzoekers – in 2021 – het zestiende flesje naar boven. De zaden werden er voorzichtig uitgehaald, waarna de onderzoekers het de zaden zo comfortabel mogelijk maakten, in de hoop deze tot ontkieming te kunnen verleiden. En jawel, de zaden ontkiemden. “Voor mij was de grootste verrassing dat de zaden weer uitliepen,” stelt onderzoeker Frank Telewski. “Het is geweldig dat iets wat zo oud is, nog steeds kan groeien.”
Hybride
Maar daar blijft het niet bij. Want voor het eerst sinds dit experiment 144 jaar geleden begon, hebben onderzoekers ook het DNA van de plantjes gesequencet. En dat levert een opmerkelijke ontdekking op. Zo blijken er per ongeluk zaadjes van een hybride in het flesje te zijn beland. Het gaat om een kruising tussen Verbascum blattaria (mottenkruid) en Verbascum thapsus (koningskaars). “Beal verklaarde dat hij alleen zaadjes van Verbascum thapsus gebruikte, dus er moet iets mis zijn gegaan tijdens het prepareren van de flesjes,” stelt onderzoeker Grace Fleming.
Nieuwe onderzoeksmethoden
Dat er tussen de opgekomen kiemplantjes een hybride zat, vermoedden de onderzoekers overigens al op basis van uiterlijke kenmerken. Maar DNA-onderzoek was nodig om dat te kunnen bevestigen. Beal – die in 1924 overleed – zou zelf ongetwijfeld hebben opgekeken van de nieuwste bevindingen binnen ‘zijn’ experiment. Want in zijn tijd was DNA – in ieder geval als drager van genetische informatie – nog onbekend. “Toen Beal deze zaden begroef, wisten we nog niet eens wat DNA was,” benadrukt onderzoeker Frank Telewski. “De technologie is zo enorm veranderd.” En dat maakt het feit dat dit experiment al zo lang loopt, extra waardevol. Naarmate de tijd verstrijkt, ontstaan er namelijk ook nieuwe onderzoeksmethoden en kunnen zelfs vragen beantwoord worden die anderhalve eeuw geleden niet eens in Beal opkwamen.
En zo kan dit langlopende experiment ons blijven verrassen. Opmerkelijk blijft daarbij natuurlijk vooral dat elke keer dat er een flesje boven wordt gehaald en zaadjes geplant worden, er altijd wel iets opkomt. Zo ook deze zestiende keer, meer dan 140 jaar nadat Beal de flesjes verstopte. Maar lang niet alle zaden ontkiemen; een groot deel van de soorten onkruid lijkt in de eerste zestig jaar van het experiment de moed al te hebben laten varen en niet langer levensvatbaar te zijn (zie kader). Eén soort stelt de onderzoekers echter nooit teleur en komt eigenlijk altijd wel op en dat is Verbascum blattaria. En ook andere soorten uit dit geslacht blijken na meer dan 140 jaar in de aarde te hebben gewacht nog bereid om te ontkiemen. Waarom deze planten na meer dan een eeuw nog zo levenslustig zijn – en anderen juist niet meer levensvatbaar lijken – is onduidelijk.
Wanneer planten hun zaden laten vallen, ontkiemen die zelden allemaal tegelijk. Een deel blijft in de bodem wachten en ontkiemt – als de omstandigheden gunstig zijn – op een later moment. Deze zaden worden samen ook wel aangeduid als zaadbank; ze zijn in de grond aanwezig, nemen niet actief deel aan het leven in het bovenliggende moment, maar ‘slapen’ (vaak wat dieper in de grond) tot de omstandigheden veranderen. Beal vroeg zich af hoelang zo’n zaadbank van verschillende soorten onkruid levensvatbaar blijft, oftewel binnen hoeveel jaar deze zaden ‘wakker’ moeten worden om nog te kunnen ontkiemen. Aangenomen wordt dat hij met die kennis de boeren – die ontkiemd onkruid in zijn tijd enkel gewapend met een schoffel te lijf konden gaan – een hart onder de riem steken. En wel door ze te kunnen vertellen wanneer ze van die ‘slapende’ zaden niets meer te duchten hadden en – ervan uitgaand dat ze opkomend onkruid weghaalden alvorens het zaad aanmaakte – mochten verwachten dat het onkruid op hun akker zou afnemen.
Relevantie
Anno 2023 groeit er op akkers natuurlijk nog steeds onkruid, maar hebben boeren wel meer mogelijkheden voor de bestrijding ervan. De moderne boer zit in afwachting van de resultaten van Beals experiment waarschijnlijk dan ook niet op het puntje van de stoel. Toch is het onderzoek nog steeds uitermate relevant, zo leggen de onderzoekers die zich er vandaag de dag mee bezighouden uit. Zo is de vraag hoelang zaden levensvatbaar blijven relevant voor herstel van ecosystemen die door brand, overstromingen of andere rampen ernstig verstoord zijn. Zo wijst het onderzoek er bijvoorbeeld op dat de oorspronkelijke vegetatie in zo’n gebied vanuit de zaadbank diep in de grond hersteld kan worden.
2040
Ondertussen blijft de hoofdvraag die Beal zich stelde – hoelang blijven zaden levensvatbaar? – voor veel van de zaden die hij in de flesjes stopte nog onbeantwoord. Want meer dan 140 jaar na de start van zijn experiment ontkiemen er immers nog steeds zaden. En dus blijft onduidelijk hoelang het duurt voor ook die exemplaren de moed laten zakken. Daar kunnen we maar op één manier achter komen: door het experiment van Beal stug door te zetten. En dat zijn onderzoekers ook zeker van plan. De eerstvolgende fles zal rond 2040 boven worden gehaald. “Ik kijk ernaar uit om te zien of we dan nog meer zaden wakker kunnen maken,” stelt onderzoeker David Lowry.
Lowry sluit overigens niet uit dat na een succesvolle ontkieming in 2040 besloten wordt om de periode tussen opgravingen – en daarmee ook het experiment – opnieuw te verlengen. Bijvoorbeeld door in plaats van elke 20 jaar, elke 30 jaar een flesje op te graven. In dat scenario zouden wetenschappers ook in de 22e eeuw nog met Beals experiment in de weer kunnen zijn. En wie weet wat men tegen die tijd – met allerlei nu nog ondenkbare onderzoeksmethoden – voor conclusies zou kunnen trekken..
