Waardoor zijn er toch zoveel verschillende kleuren slakkenhuisjes?

Er is nog veel onderzoek te doen naar welke evolutionaire druk leidt tot welke kleurpatronen. Suzanne Saenko en Menno Schilthuizen zijn evolutionair ecologen bij Naturalis Biodiversity Center en onderzoeken hoe evolutionaire verandering kan leiden tot de veelzijdigheid van organismen en hun kleurpatronen. 

De opbouw van een schelp

De schelpen van alle weekdieren bestaan uit meerdere lagen van calciumcarbonaat, gecombineerd met proteïne (eiwit), lipiden (vetten) en polysachariden (koolhydraten). Dit alles wordt omvat door een beschermende ‘opperhuid’. Het kleurpatroon van de schelp wordt voornamelijk bepaald door de pigmenten die de mantel, een lichaamsdeel van het weekdier, aanmaakt. Er zijn inmiddels drie klassen van pigmenten ontdekt: melanine, tetrapyrrool en carotenoïde. Deze soorten pigment kunnen echter in een overlappende reeks van kleuren zichtbaar zijn. Hierdoor is het herkennen van pigmenten enkel op basis van de schelpkleur onmogelijk. Ook de precieze rol van genen in de aanmaak van het pigment is vooralsnog onduidelijk. 

Nieuwe technieken, nieuwe ontdekkingen 

De recente ontwikkeling van wetenschappelijke technieken kunnen hierin uitkomst bieden. Voor het eerst kan de aanwezigheid van een pigment op moleculair niveau worden bevestigd. Als gevolg hiervan ontdekte men dat vergelijkbare kleurpatronen van schelpdieren op verschillende manieren kunnen ontstaan. Als voorbeeld halen Saenko en Schilthuizen een onderzoek aan waar melanine, een donkerbruin tot zwart pigment, bij slechts vier van de twaalf onderzochte schelpdieren met bruine en zwarte kleurpatronen werd aangetroffen. De aanwezigheid van dit pigment lijkt in schelpen dus minder wijdverspreid dan gedacht. Zelfs in schelpen waar melanine aanwezig was, werd geen verband gevonden tussen de locatie van het pigment en de donkere banden als kleurpatroon. Verschillende samenstellingen van pigmenten lijken dus tot een eenzelfde soort donker kleurpatroon te kunnen leiden. 

Ook de genen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van deze pigmenten kunnen dankzij de dalende kosten van snelle DNA-technieken, zoals next-gen sequencing, nu beter ontrafeld worden. Zo werden er in een studie naar tweekleppige mosselen genen ontdekt die bij de aanmaak van melanine betrokken zijn, waaronder tyrosinase en peroxidase. Sommige van deze genen zijn soortspecifiek, andere genen zijn juist geassocieerd met een kleurpatroon. 

Vervolgonderzoek wees uit dat gebrek aan tyrosinase de schelpgroei beperkt, terwijl het gebrek aan peroxidase de zwarte kleurstoffen in schelpgroei beperkt. Tyrosinase speelt dus niet alleen een rol in de uiteindelijke kleur, maar ook in de groei van schelpen. Via ´Whole genome sequencing´, een techniek om de gehele DNA-sequentie van een organisme te achterhalen, blijft het lastig om het DNA van weekdieren te ontrafelen. Dit komt door de enorme lengte ervan. Recent is het Saenko en Schilthuizen tóch gelukt om het gehele DNA van de tuinslak (Cepaea nemoralis) af te lezen. Deze waardevolle bron van informatie zal in de toekomst hoogstwaarschijnlijk tot nog meer ontdekkingen leiden.

Evolutionaire selectie van schelpkleuren

Bovenstaande ontdekkingen maken de evolutionaire achtergrond van schelpkleuren helaas wel een stuk complexer. Dat kleurpatronen alleen gebruikt worden om roofdieren af te schrikken of om zich te verbergen, verklaart slechts een deel van de evolutionaire selectie. Kleurpatronen kunnen namelijk ook ontstaan als bijvangst van een dieet of als vereiste stof voor de schelpbouw (zie voorbeeld tyrosinase). Bovendien zijn er ook landslakken (Plectostoma) ontdekt waarbij mannetjes zich onderscheiden door middel van een rode stip op de punt van de schelp, mogelijk om een partner aan te trekken.

Een laatste voorbeeld van evolutionaire selectie in kleurpatronen vinden we bij onze eigen tuinbewoner, de gewone tuinslak. Schelpkleuren hebben namelijk ook effect op de weerkaatsing van licht en dus de temperatuur van de inwoner en zijn huis. Recent onderzoek wijst uit dat tuinslakken op warmere plekken steeds vaker een geel huisje met donkere banden aan de onderkant hebben. Deze evolutionaire reactie valt te verklaren in de huidige klimaatverandering en de noodzaak om koel te blijven in een stedelijke omgeving. Het recente achterhalen van het tuinslak-genoom zal hierbij een waardevolle bron van genetische informatie vormen. Verder onderzoek naar schelppigmenten en hun genetische basis kunnen ons tenslotte meer vertellen over hoe deze diersoorten zich binnen de huidige klimaatverandering aanpassen aan hun leefomgeving. 

Meer informatie

• Evo-devo of shell colour in gastropods and bivalves, geschreven door Suzanne V. Saenko en Menno Schilthuizen in het wetenschappelijke tijdschrift Current Opinion in Genetics & Development
• The draft genome sequence of the grove snail Cepaea Nemoralis, geschreven door Suzanne V. Saenko, Dick S.J. Groenenberg, Angus Davison en Menno Schilthuizen in het wetenschappelijke tijdschrift G3 Genes|Genomes|Genetics

Meedoen

• Wil je zelf meehelpen met het wetenschappelijk onderzoek naar de verspreiding en het (veranderende) kleurpatroon van de tuinslak? Download dan de app Snailsnapp en deel je eigen waarnemingen met de onderzoekers van Naturalis en EIS Kenniscentrum Insecten.

Tekst: Hendrik van Ede, Naturalis Biodiversity Center
Foto’s: Suzanne V. Saenko; Naturalis Biodiversity Center & EIS Kenniscentrum Insecten