Antwoorden op botanische raadsel kunnen opwarmende aarde helpen

De ongeëvenaarde genetische diversiteit die is aangetroffen in de regio’s waar onze belangrijkste voedselgewassen zijn ontstaan, helpt telers bij het zoeken naar nieuwe variëteiten die beter tegen droogte en warmte kunnen.

De koolsoort Brassica rapa is duizenden jaren geleden ontstaan in het grensgebied van Afghanistan en Pakistan. De plantensoort wordt inmiddels in een verbluffende diversiteit gecultiveerd: als knolraap, bok choi, Chinese kool en talloze andere variëteiten.

Foto van Henrik Kettunen, Alamy
Gepubliceerd 18 jun. 2021 11:34 CEST, Geüpdatet 18 jun. 2021 14:12 CEST

Of je nu op een straathoek in Seoul van een portie gefermenteerde kool (kimchi) geniet, je tegoed doet aan een hartige stoofschotel met knolraap om je door de Noord-Europese winter te helpen of in een tentje met ‘Southern food’ smult van wat knapperige Galicische kool, al deze maaltijden zijn gebaseerd op slechts twee gewassoorten: Brassica rapa en Brassica oleracea. En als je iets eet dat in koolzaadolie is gefrituurd, zoals dat door miljoenen mensen per dag wordt gedaan, dan profiteer je van een kruising tussen deze beide plantensoorten: Brassica napus.

Al ruim een eeuw lang buigen wetenschappers zich over de vraag waar deze voor de wereld zo belangrijke voedselgewassen ooit zijn gedomesticeerd. Nu hebben onderzoekers het DNA van honderden wilde koolsoorten uit de hele wereld geanalyseerd en hebben het mysterie opgelost: Brassica rapa, dat als knolraap, bok choi, Chinese kool en talloze andere koolvariëteiten wordt verbouwd, komt oorspronkelijk uit het grensgebied van Afghanistan en Pakistan, terwijl Brassica oleracea, dat ons welbekend is in de vorm van broccoli, bloemkool, Galicische kool, boerenkool, spruitjes en andere variëteiten, is ontstaan is het oostelijke Middellandse-Zeegebied.

Bekijk ook: Foto's tonen onzichtbare gloed van bloemen

Deze bevindingen moeten volgens de onderzoekers meteen leiden tot een zoektocht om de oorspronkelijke planten uit deze regio’s te verzamelen en bewaren. Nu de wereld snel opwarmt en het klimaat daardoor steeds grilliger wordt, zouden planten als kool (naast maïs, tarwe en andere gewassen waarop de voedselveiligheid van de wereld berust) aan ongekende uitdagingen in de vorm van warmte, droogte en plantenziekten kunnen worden blootgesteld. De ongeëvenaarde genetische diversiteit die in de ontstaansregio’s van deze gewassen is aangetroffen, kan telers helpen om nieuwe, weerbare variëteiten te vinden voor een hongerige en opwarmende wereld.

“Ik denk echt dat dit soort studies van cruciaal belang is,” zegt Michael Purugganan, een bioloog van de New York University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. “Ze leggen de basis voor een slimmere benadering in de zoektocht naar genen die verantwoordelijk zijn voor het aanpassingsvermogen van planten.”

‘Honden van het plantenrijk'

Koolsoorten doen zowel biologen als boeren al lange tijd versteld staan. De twee koolsoorten worden soms wel de ‘honden van het plantenrijk’ genoemd, vanwege de verbijsterende diversiteit aan groentengewassen die telers eruit hebben ontwikkeld: knollen vol zetmeel, wouden van reusachtige broccoli’s en bloemkolen, de Galicische kolen die in Afrika en later in het Zuiden van de VS werden verbouwd, en een overdaad aan Aziatische kolen. Al deze gewassen zitten boordevol vitaminen en andere voedingsstoffen, en elk jaar wordt er bijna twaalf miljard euro aan kool in de wereld verhandeld.

Lees ook: Op een van de zeldzaamste bomen ter wereld bloeit een niet eerder gedocumenteerde bloem

Een van de droogste plekken op aarde staat in bloei

Die grote diversiteit maakt het achterhalen van de herkomst van de twee Brassica-soorten des te lastiger. Volgen botanicus Alex McAlvay van de New York Botanical Garden in de Bronx vermeerderen gecultiveerde koolsoorten zich vaak ook buiten het akkerland waarop ze groeien en vestigen zich dan als vanouds in de wilde natuur, zoals een brave huishond die weer in een wilde hond verandert. Van Noord- en Zuid-Amerika tot het Verre Oosten ontspruiten de gele bloesems van Brassica-soorten op grasland langs de kust, in bermen langs wegen en op vreemde akkers, waar veel boeren ze vaak opnieuw gaan cultiveren om meer variatie aan hun dieet toe te voegen.

In talloze culturen, van West-Europa tot Oost-Azië en op vele plekken daartussenin, wordt beweerd (of op z’n minst gedacht) dat de eigen koolsoorten de eerste waren die ooit werden verbouwd. Charles Darwin vroeg zich af of de wilde koolsoorten die aan de Engelse kust groeiden, misschien de echte voorouders van Brassica oleracea waren.

Volgens Chris Pires, evolutiebioloog aan de University of Missouri in Columbia, is de genetica van de Brassica-soorten een “heerlijke puinhoop.”

Geneticus Makenzie Mabry van het Florida Museum of Natural History in Gainesville, is het daarmee eens. “Brassica is een notoir moeilijke plant om te bestuderen,” zegt zij.

Lees ook: Zeldzame spookorchidee bedreigd door watertekort

“Ze zijn dol op het onderling delen van hun pollen,” wat betekent dat in het wild groeiende koolsoorten vaak bastaardrassen met talloze voorouders zijn.

Speurwerk

Om deze ‘puinhoop’ op te lossen hebben twee teams van onderzoekers zaden uit zaadbanken en andere collecties in de hele wereld bestudeerd. Het ene team, waarover McAlvay de leiding had en waarvan ook Pires en Mabry deel uitmaakten, gebruikte moderne genetische technieken om delen van het genoom uit ruim vierhonderd Brassica rapa-monsters te sequentiëren – veel meer dan in welke eerdere studie naar de herkomst van de soort dan ook. Ook gebruikten ze milieumodellen om vast te stellen in welke regio’s de Brassica-variëteiten zouden kunnen gedijen.

De onderzoekers deden daarnaast een beroep op linguïsten en archeologen om nog meer bewijzen te verzamelen, zoals verwijzingen naar knolrapen en andere koolsoorten in historische bronnen en vondsten van zaden en sporen op archeologische vindplaatsen. “Het is alsof meerdere detectives allemaal één en hetzelfde verhaal onderzoeken,” zegt McAlvay.

De wetenschappers ontdekten dat de genetische sequenties en de verwijzingen in de bronnen samenvielen in de Hindoekoesj, een ruig gebergte in het grensgebied van Afghanistan, Pakistan en Tadzjikistan. De eerste koolsoort die in deze regio werd gedomesticeerd, was de knolraap, tussen 3500 en 6000 jaar geleden. Pas later creëerden telers ook bladgroenten als tatsoi, bok choi en raapstelen, en daarnaast oliehoudende zaden als raapzaad en sereptamosterd, dat in de Indiase keuken wordt gebruikt. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Molecular Biology and Evolution.

Een soortgelijk onderzoek naar tweehonderd monsters van Brassica oleracea, dat onder leiding stond van Mabry en Pires en waaraan ook McAlvay en anderen meewerkten, wees duidelijk in de richting van de eilanden in en rond de Egeïsche Zee, tussen Griekenland en Turkije, als ontstaansregio. Dat onderzoek zal later deze maand in hetzelfde vakblad worden gepubliceerd; een preprint is inmiddels beschikbaar op bioRxiv.

That study will be published later this month in the same journal; a preprint is available on bioRxiv.

Het onderzoek “heeft onze inzichten op een belangrijke manier uitgebreid,” zegt Purugganan. “Dit was de eerste echt systematische analyse van deze soorten wat betreft populatiegenetica.”

Maar hij denkt niet dat met dit onderzoek “het boek is gesloten.” Meer analyses van planten die in deze ontstaansregio’s zijn verzameld, zijn volgens hem nodig om de bevindingen te bevestigen.

Veelzijdige herkomst

De resultaten zijn bekendgemaakt in een tijd waarin boeren, tuinbouwers en ook consumenten in de hele wereld worstelen met een opwarmende aarde. De verbouw van veel commerciële gewassen wordt al belemmerd door warmer weer, ernstiger droogten en meer overstromingen, en het aantal mensen dat honger lijdt, begint na tientallen jaren van gestage afname weer toe te nemen. Koolvariëteiten hebben zich vooral aan koudere klimaten aangepast, waardoor ze mogelijk kwetsbaar zijn in warme regio’s waar ze een belangrijke voedselbron vormen. Zo hebben Zuid-Koreaanse onderzoekers ontdekt dat Chinese kool, waarvan kimchi – het ‘nationale bijgerecht’ van het land – wordt gemaakt, niet goed tegen warmte en droogte kan.

Koolzaad, een kruising van Brassica rapa en Brassica oleracea die wereldwijd wordt verbouwd voor de winning van koolzaadolie, speelt van alle koolsoorten misschien wel de belangrijkste rol in de wereldwijde voedselproductie. Commerciële koolzaadrassen bevatten niet veel genetische diversiteit, waardoor telers maar weinig opties hebben om de plant onder minder gunstige klimatologische omstandigheden te blijven verbouwen. “Er valt inderdaad nog heel wat aan te verbeteren,” zegt Annaliese Mason, onderzoekster van gewasveredeling aan de Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.

De nieuwe bevindingen zouden daar volgens de onderzoekers bij kunnen helpen. In de ontstaansregio’s van deze gewassen treffen ze een veel hogere genetische diversiteit aan dan op andere plekken. Plantenveredelaars zoeken in dit soort regio’s vaak naar nieuwe genen om eigenschappen als weerstand tegen ziekten, smaak en tolerantie voor warmte en droogte te verbeteren. Zo hebben telers genen van wilde aardappelen gebruikt om gecultiveerde aardappelen te beschermen tegen de vernietigende aardappelziekte die de Ierse hongersnood (1845-1850) veroorzaakte. Genen die in wilde tarwesoorten zijn gevonden, hebben de weerstand van de belangrijkste variëteiten van dit gewas tegen roestschimmels sterk verbeterd, wat in de jaren zestig en zeventig de weg vrijmaakte voor de zogenaamde Groene Revolutie, waardoor honger en ondervoeding in Zuid-Azië drastisch werden verlaagd en miljoenen levens werden gered.

Volgens de onderzoekers is het nu dringend nodig om in de pas geïdentificeerde ontstaansregio’s van beide koolsoorten monsters te verzamelen voordat deze planten als gevolg van menselijke activiteiten of door natuurlijk oorzaken zijn verdwenen. McAlvay maakt zich zorgen over het feit dat er maar een paar zaden van Brassica rapa-variëteiten uit de Hindoekoesj in zaadbanken worden bewaard en dat deze planten hun verspreidingsgebied door toedoen van de opwarming van de aarde naar hoger gelegen gebied verplaatsen. Het is een gevaarlijke ontwikkeling die waarschijnlijk ook veel andere plantensoorten in berggebieden zal treffen. Want uiteindelijk zullen ze de hoogst haalbare regio’s bereiken en daar op steeds kleinere en verbrokkelde plekken groeien. Ook kleine populaties op eilanden, waar de soort Brassica oleracea waarschijnlijk is ontstaan, zijn volgens Mabry bijzonder kwetsbaar voor uitsterving.

Het team dat deze soort heeft bestudeerd, was van plan om op mediterrane eilanden als Kreta en Cyprus wilde variëteiten te verzamelen, maar het moest die plannen wegens de coronavirus-pandemie uitstellen tot 2022.

Volgens Eve Emshwiller, etnobotanica aan de University of Wisconsin-Madison en een van de auteurs van het Brassica rapa-onderzoek, zouden naast de oorspronkelijke voorouders van deze gewassen ook wilde soorten op andere hotspots van biodiversiteit verzameld en bewaard moeten worden. In het wild groeiende variëteiten worden vaak als onkruid beschouwd en op advies van landbouwdeskundigen door plaatselijke boeren verdelgd.

“Wat er in de toekomst ook met deze gewassen gebeurt, we moeten echt al deze puzzelstukjes zien te behouden – alle gewasvariëteiten en alle diversiteit aan genen en genvarianten die ze bevatten,” zegt Emshwiller. “Daarnaast moeten we ervoor zorgen dat de wilde verwanten van al deze variëteiten niet ook nog uitsterven.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.