News - Kwantumstippels gebruik om "spesiasie in...
Kwantumstippels gebruik om "spesiasie in aksie" vas te lê
Evolusionêre ekoloë van die Universiteit Stellenbosch (US) het daarin geslaag om 'n plant in die proses van spesiasie (die proses van spesievorming) vas te vang. En dít deur kwantumstippels in te span in die nasporing van stuifmeelkorrels van die langbuis-iris, Lapeirousia anceps.
Professor Bruce Anderson, 'n evolusionêre ekoloog in die Departement Plant- en Dierkunde by die US, sê dit is slegs die derde keer in sy navorsingsloopbaan dat hy op 'n kontaksone afkom waar dit blyk dat spesiasie besig is om reg voor sy oë plaas te vind.
"Kontaksones waar plante besig is om te divergeer ten einde 'n nuwe spesie te vorm, is heel waarskynlik redelik algemeen, dog moeilik te vind omdat jy regtig moet weet waarvoor om te soek," merk hy op.
Vir die afgelope 15 jaar besoek Anderson en sy navorsingsgenote 'n stuk veld (bekend as Weskus-sandvlaktefynbos) net buite die dorp Mamre aan die Suid-Afrikaanse Weskus, 'n 45 minute rit per motor vanaf Kaapstad, N7 langs.
​​Dit is een van die primêre plekke waar die langbuis-iris (Lapeirousia anceps), sowel as sy bestuiwer, die langtongvlieg (Moegistorhynchus longirostris) aangetref word.
"Dink aan die bekende voorbeeld van die Malgassiese ster-orgidee met sy 30cm lange nektaarbuis en Darwin se mot met 'n tong wat amper ook so lank is," verduidelik Anderson, "waar die orgidee en mot samelopend ontwikkel het in 'n eskalerende wedrenscenario."
Dieselfde evolusionêre meganisme wat agter bogenoemde voorbeeld se passing van bestuiwer se tonglengte met die blombuislengte sit, is ook waar vir Lapeirousia.
In 2009 het 'n medenavorser, Professor Anton Pauw, gevind dat Lapeirousia se buislengtes samelopend ontwikkel het met die tonglengtes van sy laaglandse bestuiwer (Moegistorhynchus longirostris), waar genoemde tonge en buise kan varieer tussen 43 en 86mm, na gelang van die spesifieke area wat bestudeer word. Met ander woorde, die buislengtes van die plante het perfek gepas by die tonglengte van hul bestuiwers, afhangende van die geografiese ligging van die verskillende populasies.
Maar in 2003 het Anderson afgekom op 'n vreemde populasie van Lapeirousia anceps in die Mamre-gebied: "Sommige plante het kort nektarbuisies gehad en ander weer langes. Daar was baie min blomme met intermediêre buislengtes. Tog is hierdie populasie van plante deur slegs 'n enkele spesie van die langtongvliegfamilie, Moegistorhynchus longirostris besoek."
Vir die volgende 15 jaar het Anderson en sy kollegas hierdie populasie bestudeer en gevind dat daar minimale geenuitruiling tussen hierdie twee plantvorme was, wat dan verklaar het waarom hulle vir so lank as twee aparte entiteite kon voortbestaan.
"In ander lande met minder plantspesies sou bioloë lankal in die versoeking gewees het om hierdie vorme as afsonderlike spesies te verklaar, maar ons het alreeds so baie spesies dat ons dit kan bekostig om 'n bietjie meer omsigtig te werk te gaan!" lag hy.
Anderson was egter baie meer geïnteresseerd in die meganismes wat gekeer het dat hierdie twee plantvorme in die eerste plek vermeng.
Op een van die vele foto's van sy veldwerk, het hy een van die area se langtongvlieë opgemerk met stuifmeel bo-op sy kop en dan ook 'n ander klont stuifmeel in die middel van sy tong. Maar omdat hierdie plante so onlangs gespesieer het, kon hulle nie die stuifmeelkorrels van mekaar onderskei nie.
"Ek was seker dat die stuifmeel op sy kop van die langbuisblomme moes wees en die ander stuifmeel laer af op sy tong, van die kortbuisblomme afkomstig moes wees, maar ek het geen manier gehad om dit te bewys nie."
Kwantumfisika tot sy redding
Toe Corneile Minnaar in 2015 as PhD-student by die navorsingsgroep aangesluit het, het laasgenoemde 'n betroubare metode probeer vind waarvolgens stuifmeel gemerk en nagespoor kon word, ten einde hierdie einste hipotese te kon bewys. Teen die einde van sy eerste jaar het hy daarin geslaag om kwantumstippels te gebruik ten einde stuifmeelkorrels te merk. Hiermee het hy baanbrekerswerk verrig in 'n navorsingsveld wat vir meer as 'n eeu lank belemmer is deur die gebrek aan 'n universele metode om stuifmeel mee na te spoor.
Gedurende November 2015 en in 2016, is die span Mamre toe om die nuutontwerpte metode in die veld uit te toets – en belangriker nog - Anderson se hipotese te toets.
In die geval van Lapeirousia en die langtongvlieg was Minnaar en Anderson nou in staat om te bewys dat langbuis- en kortbuisblomme, stuifmeel op verskillende dele van die vlieg se lang tong plaas: kortbuisblomme se stuifmeel beland meestal in die middel van die tong en langbuisblomme s'n op of nader aan die kop van die vlieg.
Gevolglik is daar min tot geen beweging van stuifmeel tussen lang- en kortbuisplante nie, wat op 'n versperring in genevloei dui.
Professor Anderson sê dit lyk asof hulle hierdie plante op heterdaad, in die proses van spesiesvorming, vasgevang het: "Dit is baie ongewoon. Normaalweg sien ons plante wat lank terug van mekaar af geskei het en dit is moeilik om te verstaan hoe dit gebeur het. In hierdie geval het ons daarin geslaag om die plante in die proses van spesiasie waar te neem, en was ons in staat om die prosesse deur middel waarvan dit plaasvind, te identifiseer en te beskryf."
Hy sê dit is moeilik om te voorspel of hierdie twee vorme van Lapeirousia vir ewig apart sal bly voortbestaan en of hulle uiteindelik sal saamsmelt. Maar wat hy wél weet is dat hierdie lappie veld beskerm moet word.
"Dit word erg bedreig, oorbewei en ingeneem deur akasias en gras," waarsku hy. "Daar is 'n moontlikheid dat hierdie unieke stuk sandvlaktefynbos in die nabye toekoms kan verdwyn."
Die artikel "Intraspecific divergence in floral-tube length promotes asymmetric pollen movement and reproductive isolation​" het vroeër vandeesmaand in die vaktydskrif New Phytologist verskyn met Dr Corneille Minnaar, Dr Marinus de Jager en Professor Bruce Anderson as outeurs.
Tel: 021 808 3586
Sel: 072 113 6948
Met 'n tong wat tot 7 cm lank kan wees, sukkel die langtongvlieg Moegistorhynchus longirostris selfs op windstil dae om die langnektarbuise van die Iris, Lapeirousia anceps, te besoek. Die vlieg moet die hele lengte van sy tong in die buis insteek ten einde die druppeltjie nektar op die bodem in die hande te kry, en in die proses word stuifmeel op die vlieg se kop geplaas. Foto: Bruce Anderson