Chaos in natuur….ontwrichting door invasies?

Wim van der PuttenWim van der Putten

Nederlands Instituut voor EcologieNederlands Instituut voor Ecologie

Is er orde in de natuur?Wat gebeurt er als de natuur haar gang gaat?Successie!

Ogenschijnlijke chaos in de natuur weerspiegelteen zekere mate van orde?

Wat gebeurt er als de orde (controle) wegvalt? Invasie!Voorbeeld van de Kudzu vine (Pueraria montana) in de VS.

Oorzaken invasies:Mensen reizen over grotere afstanden

Waar we exotische soorten verzamelen of kopen

Maar: soorten zoals Solidago canadensis(guldenroede) laten zich niet in een tuin opsluiten!

Plaatsen waar Solidago canadensis voorkomt:Laat handelsconnecties zien en ook klimaatlimitaties

Waterhyacint (Eichhornia crassipes)

Zebra mossel (Dreissena polymorpha)

Is elke exotische soort invasief?

Nee!

Tens rule Mark Williamson:

Een van elke tien per ongeluk geintroduceerde soorten vestigt zich in de nieuwe habitat

Een van de tien gevestigde soorten verspreidt zich

Een van de tien zich verspreidende soorten wordt echt invasief

Waarom zijn sommige soorten invasief en veel anderen niet?

Karakteristieken van invasieve planten:

• Snelle reproductie

• Onkruid-achtig groeipatroon

• Vruchtbare en verstoorde plekken

• Uitstekende verspreidingsmechanismen

• Hoog-competitief

• Weinig natuurlijke controle

Is elke exotische plantensoort met een dergelijk daderprofiel invasief?

Nee!

Andere mogelijke redenen:

• Enemy release

• Evolution of increased competitive ability

• Accumulation of local pathogens

• Novel weapons

When and where

Bodemorganismen vergroten de diversiteit van planten in de vegetatie

Vroeg in successie: bodemziekten onderdrukken dominante plantensoortenLaat in successie: symbionten bevoordelen zwakkere plantensoorten en de ‘indirecte interacties’ monopoliseren de voedingsstoffen

- bodemorganismen + bodemorganismen

Wat gebeurt er als je geen onderwereld meer hebt?

Bij biologische invasies door exoten loopt de controle mis en dat kost in Nederland jaarlijksmeer dan 1 miljard €

Amerikaanse vogelkers in de USA: dichtheidscontrole door bodemziekten

Amerikaanse vogelkers in Nederland:geen bodemziekten invasie

Wat zijn de gevolgen van klimaatverandering?

Klimaatvariabiliteitdoor de tijd heen

Klimaat-envelop benadering: voorspelling van verlies aan biodiversiteitdoor projectie van klimaatverandering op de wereldkaart

Warmteminnende soorten nemen toe

0

20

40

60

80

100

120

140

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

jaar

War

mte

min

nen

de

soo

rten

Bron: NEM (PGO's, CBS)

Niet alleen in Nederland schuiven soorten op

Areaaluitbreiders binnen continenten

Bron: Parmesan & Yohe 2003, Nature; Chen et al. 2011, Science

Introductie op een ander continent kan tot invasies leiden

Areaaluitbreiders tussen continenten“echte exoten”

Bron: Keane & Crawley 2002, Trends in Ecology and Evolution

Areaaluitbreiders hebben minder kans hun natuurlijke vijanden helemaal kwijt

te raken

Areaaluitbreiders binnen continenten

Bron: Van Grunsven et al. 2007, Journal of Ecology; 2010 Global Change Biology

Lactuca serriola

Hooftman et al. Basic and Applied Ecology 2006

Raken areaaluitbreiders tijdens het schuiven ook een deel van hun natuurlijke vijanden kwijt en wat

zou dit voor effecten kunnen hebben?

• Zijn areaaluitbreiders minder ‘lekker’ voor de herbivoren in het nieuwe areaal vergeleken met inheemse planten?

• Hoe werken boven- en ondergrondse natuurlijke vijanden samen om de plantenpopulatie onder controle te houden?

• Kunnen we deze effecten ook buiten meten?

Plant-bodem terugkoppelingsprincipe

bodemgemeenschap X

plantensoort A

-

+bodemgemeenschap A

>

>

Bron: Bever et al. 1997, Journal of Ecology

Millingerwaard: areaaluitbreiders en inheemse planten

Bodem feedback

Polyfageinsecten

PlantenselectieCode Species Origin Frequency Rate of change

1990 - 2000 (%) 1950 : 2000

A Angelica archangelica north-east Europe 4.91 1.68U Angelica sylvestris NL 45.98 -0.03

I Artemisia biennis north Asia 0.309 2.04H Artemisia vulgaris NL 70.88 0.35

C Bidens frondosa north America 22.51 1.05D Bidens cernua NL 17.52 0.12B Bidens tripartita NL 34.54 -0.04

Q Centaurea stoebe central Europe 0.01 0.6S Centaurea cyanus NL 7.459 -0.68R Centaurea jacea NL 31.66 -0.18

F Senecio inaequidens south Africa 11.93 3.62E Senecio viscosus NL 16.07 0.55G Senecio vulgaris NL 79.21 0.07

M Solidago gigantea north America 19.29 1.69L Solidago virgaurea NL 1.566 -0.56

Experimental setup

1/5 inoculum

4/5 sterilized

NativeExotic NativeExotic NativeExoticCon

ditio

ning

-8

we

eks

-HERBIVORY +HERBIVORY -HB +HB -HB +HB

Soi

l Fee

dbac

k -

10 w

eeks

NativeExotic NativeExotic NativeExoticCon

ditio

ning

Soi

l –8

we

eks

OWN

CONTROL

Soi

l Fee

dbac

k –

10 w

eek

s

Genus 2 Genus 3

OWN

1/5 inoculum

4/5 sterilized

1/5 inoculum

4/5 sterilized

NativeExotic NativeExotic NativeExoticCon

ditio

ning

-8

we

eks

-HERBIVORY +HERBIVORY -HB +HB -HB +HB

Soi

l Fee

dbac

k -

10 w

eeks

NativeExotic NativeExotic NativeExoticCon

ditio

ning

Soi

l –8

we

eks

OWN

CONTROL

Soi

l Fee

dbac

k –

10 w

eek

s

Genus 2 Genus 3

OWN

Genus 1Genus 2 Genus 3

1/5 Millingerwaard grond4/5 Gesteriliseerde grond

- De helft van de potten kregen een herbivoren behandeling

- Woestijnsprinkhaan, Schistocerca gregaria (3 individuen per pot)

- Groene perzikluis, Myzus persicae (5 per pot)

- Elke week werd van de sprinkhanen biomassa en overleving gescoord

Her

biv

ory

3 w

eeks

Bovengrondse herbivorie

NEUTRAAL NEGATIEF

Effect van herbivorie op de planten

Bron: Engelkes et al. 2008, Nature

Re

latie

f he

rbiv

oren

effe

ct

Areaaluitbreiders Inheemse planten

Effect van de planten op de herbivoren

Bron: Engelkes et al. 2008, Nature

prop

ortie

aant

al

Inheemse planten Schuivers Echte exoten

Inheemse planten Schuivers Echte exoten

Verschil in de overleving van de woestijnsprinkhanen was niet te verklaren door kwaliteit van bladeren, maar…

Bron: Engelkes et al. 2008, Nature

Areaaluitbreiders Inheemse planten

Zonder herbivoren

Met herbivoren

Bla

dfe

nole

n ge

halte

(%

)

Bron: Engelkes et al. 2008, Nature

Exotics

Bron: Morriën et al. 2011, OIKOS

0

500

1000

1500

2000

2500

Range expanders Natives

tota

l p

lan

t p

ara

sit

ic n

em

ato

de

s p

er

po

t p

er

gra

m D

W r

oo

t *

Range expanders

Re

latie

f bod

em

effe

ct

Areaaluitbreiders Inheemse planten

NEUTRAAL NEGATIEF

Areaaluitbreiders Inheemse plantenPla

nte

net

end

e n

emat

od

en

Exotics

0

1

2

3

4

5

6

Range expanders Natives

Erg

os

tero

l mg

/kg *

Areaaluitbreiders Inheemse planten

Re

latie

f bod

em

effe

ct

Areaaluitbreiders Inheemse planten

Bron: Engelkes et al. 2008, Nature

ExoticsRange expandersAreaaluitbreiders Inheemse planten

NEUTRAAL NEGATIEF

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Areaaluitbreiders Inheemse planten

Fu

sa

ria

ko

pië

n/µ

l

*

Fu

sari

aR

ela

tief b

ode

mef

fect

Bodemgemeenschap Bodemgemeenschap

>

‘pathogenen’ ‘mutualisten’

=

‘pathogenen’ ‘mutualisten’

+/- -

Areaaluitbreidende planten kunnen tijdelijk invasief worden vanwege verminderde bovengrondse en ondergrondse onderdrukking

Areaaluitbreiders Inheemse planten

+/-

Herbivoren Herbivoren

--

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Control soil Ow n soil Control soil Ow n soil Control soil Ow n soil Control soil Ow n soil

no-herbivory herbivory no-herbivory herbivory

Native Non-nativeDW

ro

ot

bio

mas

s/to

tal b

iom

ass

(g/p

ot)

aba

bc ab

c c c c

c

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Ro

ot

DW

bio

mas

s (g

/po

t)

b

d

ab bc

a

fef def

cde

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Sh

oo

t D

W b

iom

ass

(g/p

ot)

a

e

cd

b

a

fef

de

c

Samenspel van boven- (bladvreters) en ondergrondse (wortelvreters) vijanden controleren de plantengroei

Controle grond

Bron: Morriën et al. 2011, Ecology

herbivoriegeen-herbivorieherbivoriegeen-herbivorie

Bov

engr

onds

e pl

ante

ngro

ei (

gra

m/p

ot)

Inheemse planten Areaaluitbreiders

+ +

Rorippa austriaca Rorippa sylvestris

Senecio inaequidens Senecio jacobaea

Eurazië vergelijking

Niet-Eurazië vergelijking

Veldmetingen aan 2 paren inheems – areaaluitbreider

Herbivore

Plant

Predator

De totale herbivoren aantallen per gram plant is hoger op inheemse planten dan op areaaluitbreiders.

Eurazië vergelijking

Niet-Eurazië vergelijking Herbivore

Plant

Predator

Engelkes et al. 2012.

Areaaluitbreiders AreaaluitbreidersInheemse planten Inheemse planten

Aan

talle

n he

rbiv

oren

per

gra

m p

lant

S. inaequidens - S. jacobaea

0

0.5

1

1.5

Range-expander Native

Pred

ator lo

ad on

herbi

vores

R. austriaca - R. sylvestris

0

0.5

1

1.5

Range-expander Native

Pred

ator lo

ad on

herbi

vores

De predator druk op herbivoren is hoger bij areaaluitbreiders

Engelkes et al. 2012.

Euraziëvergelijking

Niet-Eurazië vergelijking

Herbivore

Plant

Predator P

reda

tor

loa

d (g

/g h

erb

ivor

e)

Areaaluitbreiders AreaaluitbreidersInheemse planten Inheemse planten

Pre

dato

r dr

uk (

g pr

edat

or/g

her

bivo

or)

Conclusie: In het veld hebben de

areaaluitbreiders een lagere herbivorendruk en hebben

diezelfde herbivoren een hogere predator druk dan op inheemse

planten. Dit kan invasiviteit versterken.

Het lot van invasies

Diez et al. Ecology Letters 2010

Exoten in New Zealand worden, naarmate de tijd verstrijkt, in toenemende mate blootgesteld aan bodemziekten,Waardoor mogelijk de invasiviteit afneemt.

Speek et al. in prep.

Locale dominantie van 111 exotische plantensoorten in NederlandNeemt af naarmate de tijd dat ze hier aanwezig zijn toeneemt.

Introduction Enemy releaseNo home field advantageGeneral symbionts available

Booming phase Increased competitive abilityHome field advantageGeneral symbionts available

Bust phase Enemies introduced/evolvingHome field advantageSpecialized symbionts available

Time since introduction

Pla

nt s

ize

and/

or a

bund

ance

Van der Putten 2012 AREES

Gelukkig controleert de onderwereld de bovenwereld!

Don’t worry, be happy?

Mogelijkheden voor leerlingen

• Bij tuincentra of dierenwinkels kijken welke exotische planten- of dierensoorten verhandeld worden en kijken welke van deze soorten invasief zijn?

• In stedelijk groen plantensoorten identificeren en nagaan wat de herkomst van die soorten is.

• Enkele exotische soorten (reuzenberenklauw, Japanse duizendknoop) opzoeken in het wild en nagaan hoever ze verspreid zijn.