[Science News] – FOURCAST in de kijker: Hoe reageren planten op klimaatverandering? 150 jaar geschiedenis in het herbarium

In een eerdere Science News,  introduceerden we FOURCAST, een onderzoek naar het effect van klimaatverandering op de biodiversiteit in België. Nu gaan we dieper in op het herbariumonderzoek, een van de deelonderzoeken waarin Plantentuin Meise de leiding neemt. Plantdeskundigen willen voorspellen voor welke plantensoorten de klimaatverandering een bedreiging vormt, om proactief te kunnen optreden.

Hoe doen ze dat? Ze vergelijken hedendaagse planten met specimens tot 150 jaar oud uit het uitgebreide herbarium van Plantentuin Meise. Zo observeren ze de veranderingen die planten de afgelopen anderhalve eeuw hebben ondergaan. Het KMI stelt gedetailleerde historische klimaatgegevens ter beschikking om de link met de klimaatverandering te kunnen leggen.

Botanische schatkamer

Het herbarium van Plantentuin Meise bevat 4 miljoen specimens en is daarmee het grootste van België en het 15de grootste herbarium wereldwijd. In 1871 nam politicus en botanicus Barthélemy Dumortier het initiatief om een collectie aan te leggen onder het beheer van Plantentuin Meise, in die tijd nog de Rijksplantentuin of Jardin Botanique de l’État. Het begon met de aankoop van een privécollectie met 300.000 specimens, een groot deel afkomstig uit Brazilië. Naast de Belgische flora, lag de focus eerst op Zuid-Amerika, nadien op Afrika, onder invloed van de Belgische kolonisatie van Congo. 

Ann Bogaerts, hoofd van het herbarium bij Plantentuin Meise: “Naast 500.000 Belgische exemplaren bevat het herbarium specimens van over de hele wereld. Het oudste specimen dateert van 1724. Vanaf 1850 zijn heel wat plantensoorten vertegenwoordigd. Gedroogde planten worden op papier gekleefd en in mappen bewaard en kunnen zo lang bewaard blijven.” De specimens zitten in kasten in zeven grote collectieruimtes en zijn alfabetisch per familie geordend. Binnen elke familie is er een verdere ordening per genus, soort, land en inzamelaar. 3 van de 4 miljoen specimens zijn intussen ook gedigitaliseerd en online raadpleegbaar via botanicalcollections.be. Vrijwilligers dragen daarin hun steentje bij via het citizen science-platform DoeDat.

“Het herbarium blijft groeien met gemiddeld 15.000 specimens per jaar”, vervolgt Ann. “Onze eigen onderzoekers vullen de collectie aan. Ook universiteiten en hobbyisten schenken hun specimens. Of we wisselen onze ‘dubbels’ uit met andere herbaria.”

Methodologie

Filip Vandelook is directeur onderzoek bij Plantentuin Meise en coördineert het FOURCAST-project. “Voor het onderzoek gaan we 10 tot 20 plantensoorten selecteren. Diversiteit speelt daarbij een belangrijke rol: komt de soort voor in het bos, op akkers, op heide … Daarnaast is het aantal beschikbare stalen uit het herbarium een maatstaf: er zijn 200 tot 300 stalen per soort nodig om ‘ruis’ te vermijden. Tot slot speelt ook de geschiktheid om analyses uit te voeren een rol in het selectieproces. Een harig blad bemoeilijkt bijvoorbeeld het detecteren van huidmondjes.”

Voor de geselecteerde soorten observeren de onderzoekers veranderingen in de fenologie, oftewel in het verband tussen periodiek terugkerende verschijnselen in de natuur. In dit geval gaat het om het bloeitijdstip, het moment waarop planten bladeren verliezen, het moment waarop ze zaden vormen … “In de natuur kun je op verschillende tijdstippen gaan kijken”, legt Filip uit. “Voor de historische vergelijking hebben we veel stalen uit het herbarium nodig, telkens van verschillende momenten in de cyclus.” 

Ook observaties door vrijwilligers op waarnemingen.be worden meegenomen. Natuurpunt Studie beheert dat platform en gaat na of de fauna en flora juist geïdentificeerd zijn.

Artificial intelligence

De onderzoekers gaan ook functionele kenmerken van bladeren na. In samenwerking met de UGent ontwikkelde Plantentuin Meise een AI-systeem om het aantal en de grootte van huidmondjes op een blad te meten. De huidmondjes verdampen water en nemen CO2 op. Filip: “Met een speciale microscoop kunnen we sterk ingezoomde foto’s van bladeren maken. Artificiële intelligentie analyseert die foto’s en spaart ons zo veel tel- en meetwerk uit. Bovendien is die AI accurater dan het menselijke oog.”

Aanpassen aan meer CO2

Dit onderzoek kan een antwoord geven op heel wat vragen, zoals: hoe veranderen soorten? Welke soorten veranderen? Welke soorten zijn het meest gevoelig aan klimaatverandering? Hoe gaan plantengemeenschappen reageren? “Er zijn altijd winnaars en verliezers”, zegt Filip. “Er zijn plantensoorten die zich niet aan verandering kunnen aanpassen. Soorten die dat wel kunnen, worden dominant.”

“Grote aanpassingen in planten vinden plaats op een lange evolutionaire tijdschaal. In 150 jaar tijd verwachten we eerder subtiele aanpassingen, zoals dikkere blaadjes om meer vocht vast te houden in droge gebieden. Omdat er nu veel meer CO2 uitgestoten wordt, verwachten we ook een verandering in het aantal huidmondjes. Waarschijnlijk zijn dat er nu minder, zodat planten op die manier minder water verliezen maar wel dezelfde hoeveelheid CO2 opnemen.”

Het hitte-eilandeffect

Ook de locatie waar planten groeien speelt een rol: “Bij soorten die in bossen groeien verwachten we minder veranderingen dan bij soorten die eerder voorkomen op open plaatsen en in een stedelijke omgeving, waar hogere temperaturen gemeten worden. Ook verwachten we dat planten in de lente vroeger bloeien en in de herfst later hun bladeren verliezen.”