06.08.2013 Views

Witte, F., Rutjes, C., Wanink, J. & van den Thillart, G. (2005)

Witte, F., Rutjes, C., Wanink, J. & van den Thillart, G. (2005)

Witte, F., Rutjes, C., Wanink, J. & van den Thillart, G. (2005)

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

EEN ADEMBENEMEND LEVEN:<br />

CICHLIDEN EN HUN AANPASSINGEN AAN LAGE<br />

ZUURSTOFCONCENTRATIES<br />

Tekst en foto’s: Frans <strong>Witte</strong>, Carlo <strong>Rutjes</strong>, Jan <strong>Wanink</strong> & Guido <strong>van</strong> <strong>den</strong> <strong>Thillart</strong><br />

Sectie Integratieve Zoologie, Instituut Biologie Lei<strong>den</strong><br />

Inleiding<br />

De cichli<strong>den</strong> uit de Oost-Afrikaanse meren zijn<br />

bekend om hun soortenrijkdom, snelle evolutie<br />

en grote verschei<strong>den</strong>heid <strong>van</strong> aanpassingen,<br />

waar<strong>van</strong> vooral die aan verschillende voedseltypen<br />

opvalt. Er zijn echter ook andere milieufactoren<br />

waaraan cichli<strong>den</strong> een scala <strong>van</strong> aanpassingen<br />

vertonen, bijvoorbeeld aan lichtomstandighe<strong>den</strong><br />

en aan zuurstofconcentraties.<br />

Licht en ogen zijn in een vorig nummer <strong>van</strong> dit<br />

tijdschrift aan de orde gekomen (<strong>Witte</strong> et al.,<br />

2003). In dit artikel bespreken we de eigenschappen<br />

<strong>van</strong> zuurstof in water, de bouw<br />

en werking <strong>van</strong> vissenkieuwen, en de<br />

aanpassingen bij cichli<strong>den</strong> die onder<br />

lage zuurstofconcentraties leven.<br />

Zuurstof in water<br />

In water zit ongeveer 30 maal minder<br />

zuurstof dan in lucht. De hoeveelheid<br />

wordt uitgedrukt in milligram<br />

per liter (mg/l) en is afhankelijk<br />

<strong>van</strong> de temperatuur <strong>van</strong> het<br />

water en <strong>van</strong> de hoogte boven zeeniveau.<br />

Bij 20 ºC op zeeniveau, bevat<br />

verzadigd water 9.1 mg zuurstof<br />

per liter. Bij een stijgende temperatuur<br />

daalt de concentratie; bij<br />

30 ºC is de zuurstofconcentratie 7.7<br />

mg/l. Net als in lucht neemt bij toenemende<br />

hoogte de zuurstofspanning,<br />

en daarmee ook de concentratie,<br />

in water af.<br />

De zuurstofmoleculen dringen het<br />

water binnen aan de oppervlakte,<br />

waarbij wind en golven zorgen<br />

voor menging. In het aquarium<br />

wordt hiervoor een bruiser gebruikt.<br />

Een tweede manier waarop<br />

142<br />

zuurstof in water komt is door afgifte door planten.<br />

Met behulp <strong>van</strong> energie uit licht produceren<br />

planten en algen koolhydraten waarbij<br />

zuurstof vrij komt. Dit proces heet fotosynthese.<br />

De fotosynthese stopt in het donker en dan verbruiken<br />

planten juist zuurstof, waardoor de<br />

zuurstofconcentratie in water met veel planten<br />

of algen ’s nachts zeer sterk kan dalen. Verder<br />

verdwijnt zuurstof uit het water doordat dit gas<br />

wordt verbruikt bij de ademhaling <strong>van</strong> dieren<br />

en voor een belangrijk deel door de afbraak <strong>van</strong><br />

dierlijk en plantaardig materiaal door micro-organismen.<br />

Fig. 1. Temperatuur en zuurstofconcentratie op verschillende diepten<br />

in de Mwanzagolf in April 1980. In de spronglaag, tussen de<br />

7 en 8 m diepte daalt de temperatuur <strong>van</strong> 26 naar 25 ºC en de<br />

zuurstofconcentratie <strong>van</strong> 8 naar 3 mg/l (door Martin Brittijn naar<br />

<strong>van</strong> Oijen et al., 1981).<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC)


De zuurstofconcentratie in water wordt lager<br />

naarmate men dieper komt, omdat zuurstof verbruikt<br />

wordt over de hele waterkolom, terwijl<br />

het in het water komt door diffusie aan de oppervlakte<br />

en door invloed <strong>van</strong> licht op planten<br />

die vooral in ondiep water voorkomen. In situaties<br />

met weinig wind en relatief hoge temperaturen<br />

aan de oppervlakte kan er zelfs een scherpe<br />

scheiding ontstaan tussen zuurstofrijk water in<br />

de bovenste laag en zuurstofarm water daaronder.<br />

Dit komt omdat het warme water lichter is<br />

en alleen kan mengen met de onderste koelere<br />

lagen bij voldoende wind en stroming. In deze<br />

gevallen noemt men het overgangsgebied,<br />

waarin de temperatuur snel afneemt, de spronglaag.<br />

In de Mwanzagolf <strong>van</strong> het Victoriameer kan<br />

een dergelijke spronglaag al op acht meter diepte<br />

voorkomen (Fig. 1; <strong>van</strong> Oijen et al., 1981).<br />

In heel diepe tropische meren zoals het Tanganjikameer<br />

(1470m diep) en het Malawimeer (700<br />

m diep) komt bene<strong>den</strong> de 200 m praktisch geen<br />

zuurstof meer voor (Fryer & Iles, 1972). Doordat<br />

de temperatuur afneemt met de diepte<br />

blijft het water permanent gelaagd. Op<br />

deze grote diepte heeft de wind geen invloed<br />

meer. In de gematigde en koude streken<br />

vindt tweemaal per jaar een volledige<br />

circulatie plaats. Water heeft zijn grootste<br />

dichtheid bij 4ºC. Zodra in de herfst de<br />

zuurstofrijke bovenlaag <strong>van</strong> het water 4ºC<br />

wordt, zakt deze naar omlaag. In de lente<br />

gebeurt hetzelfde nog een keer, waardoor<br />

in die streken wel zuurstof voorkomt op<br />

de bodem <strong>van</strong> diepe meren, zoals in het 1620 m<br />

diepe Baikalmeer (Kozhova & Izmest’eva, 1998).<br />

Ademhaling bij vissen<br />

Water is een minder geschikt medium voor ademhaling<br />

dan lucht. Behalve dat een bepaald volume<br />

water 30 maal minder zuurstof bevat dan een<br />

zelfde volume lucht, is de dichtheid <strong>van</strong> water<br />

1000 maal zo hoog als die <strong>van</strong> lucht. Door de hogere<br />

dichtheid <strong>van</strong> water is er meer energie nodig<br />

om het over een ademhalingsorgaan te pompen<br />

dan bij lucht het geval is. Toch zijn vissen goed<br />

aangepast aan ademhaling in het water. Ze kunnen<br />

tot 80% <strong>van</strong> de opgeloste hoeveelheid zuurstof<br />

uit het water halen. Ter vergelijking: de mens<br />

haalt maar 25% <strong>van</strong> de zuurstof uit de ingeademde<br />

lucht. Vissen danken hun efficiëntie aan<br />

de bouw <strong>van</strong> de kieuwen en de bloedcirculatie<br />

daarin, en aan het feit dat ze een continue waterstroom<br />

weten te genereren. In tegenstelling tot<br />

luchtademhaling met longen, waarbij de lucht<br />

heen en weer gepompt wordt, stroomt bij vissen<br />

het water <strong>van</strong> de mond, door de mondholte, over<br />

de kieuwen naar de kieuwopeningen. Deze<br />

stroom in één richting is <strong>van</strong> belang, want door<br />

de hoge dichtheid en viscositeit (= stroperigheid)<br />

<strong>van</strong> water zou omkeer <strong>van</strong> de stroomrichting veel<br />

energie kosten.<br />

Bij vissen zitten de kieuwen aan bogen die inwendig<br />

door skeletelementen gesteund wor<strong>den</strong>.<br />

Net als bij longen, is de bouw <strong>van</strong> kieuwen er<br />

op gericht het oppervlak, waarover de gasuitwisseling<br />

plaatsvindt, zo groot mogelijk te<br />

Kieuw <strong>van</strong> een cichlide. In de bovenste foto is het<br />

deel binnen het witte kader uitvergroot (ca. 60 x);<br />

de witte pijl geeft de richting aan <strong>van</strong> het aanzicht<br />

in de onderste foto (ca. 250 x). De richting <strong>van</strong> de<br />

water- (blauwe pijl) en bloedstroom (rode pijl) is<br />

aangegeven (foto’s Monique Welten; samenstelling<br />

Martin Brittijn).<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC) 143


Fig. 2. Het verschil tussen (a) het tegenstroom- en het (b) meestroomprincipe. Bij het een tegengestelde<br />

stroomrichting <strong>van</strong> bloed en water kan er over de hele lengte <strong>van</strong> de secundaire lamel zuurstof wor<strong>den</strong><br />

opgenomen. Daardoor wordt de zuurstofconcentratie in het bloed hoger dan bij een gelijke stroomrichting.<br />

Open pijlen geven de richting <strong>van</strong> de zuurstofoverdracht aan (door Martin Brittijn).<br />

maken. Beenvissen hebben gewoonlijk aan elke<br />

zijde <strong>van</strong> de kop vier kieuwbogen die kieuwen<br />

dragen, haaien en roggen hebben er 5 tot 7 aan elke<br />

zijde. Elke kieuwboog bevat twee rijen kieuwfilamenten.<br />

Een rij filamenten wordt ook wel een<br />

hemibranch (= halve kieuw) genoemd. Op de<br />

filamenten, die ook wel primaire lamellen genoemd<br />

wor<strong>den</strong>, staan secundaire lamellen. Dit zijn<br />

grotendeels holle ruimten, waardoor het bloed<br />

stroomt en die opengehou<strong>den</strong> wor<strong>den</strong> door pilaarcellen.<br />

Zuurstofopname vindt plaats via het oppervlak<br />

<strong>van</strong> de secundaire lamellen. Bij haplochromine<br />

cichli<strong>den</strong> varieert het totale aantal filamenten op<br />

de acht kieuwbogen, <strong>van</strong> linker en rechterzijde samen,<br />

afhankelijk <strong>van</strong> de soort en de grootte <strong>van</strong> de<br />

vis, <strong>van</strong> 800 tot 8000. De gemiddelde lengte <strong>van</strong> de<br />

filamenten bedraagt 1 tot 5 mm (Galis en Barel,<br />

1980). De lengte <strong>van</strong> alle kieuwfilamenten samen<br />

is dus al gauw enkele meters. Het aantal secundaire<br />

lamellen per mm filament bedraagt 40 tot 80<br />

(aan twee zij<strong>den</strong>) en het totale aantal kan oplopen<br />

tot enkele honderdduizen<strong>den</strong>.<br />

De waterstroom door de mond- en kieuwholte<br />

wordt vooral opgewekt door het op en neer bewegen<br />

<strong>van</strong> de mondbodem en het naar buiten<br />

en binnen draaien <strong>van</strong> de wangplaten. Sommige<br />

snelle zwemmers zoals makrelen en tonijnen<br />

hebben zoveel zuurstof nodig dat de pompbeweging<br />

met de mond niet voldoende zou opleveren.<br />

Deze soorten laten het water over de<br />

kieuwen stromen door te zwemmen met een<br />

geopende bek. Dit wordt met een Engelse term<br />

“ram” ventilatie genoemd.<br />

144<br />

Vissen hebben in hun kieuwen een zogenaamd<br />

tegenstroomprincipe. Dat wil zeggen dat bij de<br />

secundaire lamellen bloed en water in tegengestelde<br />

richting stromen. Hierdoor komt het<br />

zuurstofarme bloed dat de lamellen instroomt<br />

in aanraking met water dat al een deel <strong>van</strong> de<br />

zuurstof heeft afgestaan. Het bloed dat de lamellen<br />

verlaat en bijna verzadigd is, komt in contact<br />

met het zuurstofrijkste water. Door dit tegenstroomprincipe<br />

zit er altijd meer zuurstof in het<br />

water dan in het bloed, waardoor over het hele<br />

traject zuurstofopname kan plaatsvin<strong>den</strong> (Fig. 2).<br />

Als het bloed en het water in dezelfde richting<br />

zou<strong>den</strong> stromen, zou er aan<strong>van</strong>kelijk een groot<br />

verschil in zuurstofconcentratie bestaan. Door<br />

het afstaan <strong>van</strong> zuurstof zou het water uiteindelijk<br />

dezelfde concentratie krijgen als het bloed<br />

en zou er geen overdracht <strong>van</strong> zuurstof meer<br />

plaatsvin<strong>den</strong> (Fig. 2).<br />

Als de zuurstofconcentratie in water afneemt<br />

moet de waterstroom over de kieuwen toenemen<br />

om de zuurstofopname gelijk te hou<strong>den</strong>. Als er<br />

bijvoorbeeld 10 keer minder zuurstof in het water<br />

zit dan normaal, moet de waterstroom over<br />

de kieuwen 10 keer zo groot wor<strong>den</strong>. Dit kan<br />

bereikt wor<strong>den</strong> door sneller te pompen met een<br />

groter slagvolume.<br />

Uitscheiding <strong>van</strong> koolzuur, ammoniak en zouten<br />

vindt via de kieuwen plaats. De zoutbalans<br />

(opname en uitscheiding <strong>van</strong> chlori<strong>den</strong>) <strong>van</strong> de<br />

vis wordt geregeld door speciale chloridecellen<br />

aan de basis de secundaire lamellen.<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC)


De effecten <strong>van</strong> lage zuurstofconcentraties<br />

op vissen<br />

Door verschillende oorzaken kan de zuurstofspanning<br />

in het milieu <strong>van</strong> vissen lager wor<strong>den</strong><br />

dan normaal. We spreken dan <strong>van</strong> hypoxie. Opgemerkt<br />

moet wor<strong>den</strong> dat dit een relatief begrip<br />

is. Voor vissen die normaal leven in een omgeving<br />

met 7 mg zuurstof per liter, is bijvoorbeeld<br />

3 mg/l hypoxisch, terwijl voor vissen die in een<br />

milieu leven met 3 mg/l, een zuurstofconcentratie<br />

<strong>van</strong> 1 mg/l pas hypoxisch kan zijn. Door<br />

toenemende voedselrijkdom (eutrofiëring) en<br />

andere vervuiling <strong>van</strong> water neemt de hoeveelheid<br />

zuurstof wereldwijd in veel meren en andere<br />

wateren af. Bij eutrofiëring ontstaat algenbloei.<br />

Wanneer deze algen dood gaan, kost de<br />

afbraak er<strong>van</strong> veel zuurstof. Dit laatste kan lei<strong>den</strong><br />

tot zelfs volledige zuurstofloosheid (anoxie).<br />

Op korte termijn kunnen vissen op twee manieren<br />

reageren op hypoxie wanneer een aanpassing<br />

door een snellere ademhaling niet meer<br />

mogelijk is. Ze kunnen inactief wor<strong>den</strong>, waardoor<br />

ze energie sparen, of ze kunnen wegvluchten,<br />

wat extra energie kost. Ieder <strong>van</strong> deze<br />

reacties heeft zijn eigen voordeel. In het eerste<br />

geval kan de vis het langer uithou<strong>den</strong> bij de lage<br />

zuurstofspanning, in het tweede geval kan hij<br />

in een gunstigere omgeving terechtkomen. Veel<br />

vissoorten vluchten naar de oppervlakte waar<br />

ze water, vermengd met lucht, ophappen. De<br />

reactie verschilt per vissoort en per situatie.<br />

kleiner bij een anaërobe stofwisseling. Afhankelijk<br />

<strong>van</strong> de soort, kunnen vissen deze situatie enkele<br />

minuten tot enkele dagen overleven. De<br />

Zuid-Amerikaanse pauwoogcichlide, Astronotus<br />

ocellatus, kan langer dan 16 uur overleven bij een<br />

zuurstofconcentratie <strong>van</strong> 0,4 mg/l in water <strong>van</strong><br />

28 ºC en zelfs vier uur bij complete zuurstofloosheid<br />

(Muusze et al., 1998). In het milieu <strong>van</strong><br />

deze soort in het Amazonebekken komen lage<br />

zuurstofconcentraties regelmatig voor.<br />

Tolerantie jegens kortdurende lage<br />

zuurstofconcentraties bij cichli<strong>den</strong><br />

Er zijn verschillen gevon<strong>den</strong> in gedrag, eigenschappen<br />

<strong>van</strong> het bloed, stofwisselingssnelheid<br />

en kieuwvorm tussen cichli<strong>den</strong> die in verschillende<br />

omgevingen leven. Soorten die voorkomen<br />

in moerassen <strong>van</strong> de satellietmeren <strong>van</strong> het<br />

Victoriameer hebben meer rode bloedlichaampjes,<br />

een hoger hemoglobine-gehalte, een groter<br />

kieuwoppervlak, en zijn toleranter jegens<br />

hypoxie dan soorten uit het open water in deze<br />

meren (Chapman et al., 2002). Verder hebben<br />

cichli<strong>den</strong> meerdere typen hemoglobine (Verheyen<br />

et al., 1986) die bij verschillende temperaturen<br />

en zuurstofspanningen functioneel zijn.<br />

De reactie op kortdurende hypoxie werd onderzocht<br />

bij negen cichli<strong>den</strong>soorten uit het Victoriameer<br />

(zeven haplochromine- en twee tilapiine<br />

soorten) en drie soorten uit het Tanganjikameer<br />

(Cyprichromis leptosoma, Tropheus moorii en<br />

Neolamprologus tretocephalus; Chapman et al.,<br />

Het belangrijkste fysiologische effect <strong>van</strong> 1995). Onderzocht werd hoe goed de soorten aan<br />

hypoxie is een zeer sterke<br />

afname <strong>van</strong> het vermogen Aloys Peter tij<strong>den</strong>s het meten <strong>van</strong> de zuurstofconcentratie in de Mwanzagolf.<br />

om zuurstof op te nemen,<br />

waardoor de vis minder<br />

energie beschikbaar heeft<br />

voor allerlei activiteiten.<br />

Het evenwicht tussen energieverbruik<br />

en zuurstofopname<br />

bepaalt de zogeheten<br />

anaërobe drempel.<br />

Dit is de grens tussen de<br />

aërobe (= met zuurstof)<br />

stofwisseling en anaërobe<br />

(= zonder zuurstof) stofwisseling.<br />

Het is een kritisch<br />

punt, want de overlevingskansen<br />

wor<strong>den</strong> snel<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC) 145


De rotsbewonende Haplochromis (Neochromis) rufocaudalis is minder<br />

tolerant voor lage zuurstofconcentraties dan haplochrominen uit andere<br />

milieus <strong>van</strong> het Victoriameer (zie tekst).<br />

Astatoreochromis alluaudi , een soort die goed tegen lage zuurstofconcentraties<br />

kan. foto: Peter Snelderwaard<br />

Trematocara unimaculatum, een hypoxie-tolerante vis uit het Tanganjikameer.<br />

foto: Ad Konings<br />

de oppervlakte kon<strong>den</strong> ademen tij<strong>den</strong>s hypoxie<br />

en hoe snel ze hun evenwicht verloren (als ge-<br />

146<br />

volg <strong>van</strong> verdoving) als ze<br />

plotseling overgeplaatst<br />

wer<strong>den</strong> <strong>van</strong> een hoge naar<br />

een lage zuurstofconcentratie.<br />

De haplochromine<br />

soorten uit het Victoriameer<br />

bleken toleranter jegens<br />

hypoxie dan ecologisch<br />

vergelijkbare soorten<br />

uit het Tanganjikameer<br />

(Chapman et al., 1995).<br />

Van de Victoria-cichli<strong>den</strong><br />

verloor alleen Haplochromis<br />

(Neochromis) rufocaudalis,<br />

zijn evenwicht binnen 30<br />

minuten bij plotselinge<br />

hypoxie (0,2 mg/l). Deze<br />

algengrazer leeft in zuurstofrijk<br />

water bij de rotsen.<br />

Van de Tanganjika-cichli<strong>den</strong><br />

verloren alle soorten<br />

hun evenwicht bij plotselinge<br />

hypoxie, en dat gebeurde<br />

bij deze soorten<br />

veel sneller dan bij H.<br />

rufocaudalis.<br />

De slakkenkraker Astatorechromis<br />

alluaudi die behalve<br />

in het Victoriameer ook<br />

in satellietmeren, stroompjes<br />

en moerassen voorkomt,<br />

bleek goed aan de<br />

oppervlakte te kunnen<br />

ademen. Wanneer de vissen<br />

niet bij de oppervlakte<br />

kon<strong>den</strong> komen bleven alleen<br />

de tilapiasoorten Oreochromis<br />

esculentus en O.<br />

niloticus overeind bij plotselinge<br />

hypoxie. Deze twee<br />

soorten, waar<strong>van</strong> de laatstgenoemde<br />

geïntroduceerd<br />

werd in het Victoriameer,<br />

kon<strong>den</strong> dus het best tegen<br />

extreem lage zuurstofconcentraties<br />

(minder dan 0,2<br />

mg/l).<br />

Uit het Tanganjikameer<br />

zijn ook soorten bekend die goed tegen hypoxie<br />

kunnen, bijvoorbeeld Trematocara unimaculatum<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC)


Fig. 3. Diepte waarop Haplochromis (Gaurochromis) hiatus en H. (G.) iris in de Mwanzagolf leef<strong>den</strong>. In<br />

de omgeving <strong>van</strong> H. iris was de zuurstofconcentratie in sommige perio<strong>den</strong> lager dan in de omgeving <strong>van</strong><br />

H. hiatus (zie Fig. 1). De kieuwen <strong>van</strong> H. iris waren groter dan die <strong>van</strong> H. hiatus door onder andere een<br />

groter aantal filamenten (door Martin Brittijn, naar Hoogerhoud et al., 1983).<br />

en Hemibates stenosoma die ge<strong>van</strong>gen wer<strong>den</strong> op<br />

diepten <strong>van</strong> 205 m, waar de zuurstofconcentratie<br />

minder dan 1 mg/l was (Coulter, 1967).<br />

Uit onderzoek <strong>van</strong> Galis en Barel (1980) bleek<br />

dat soorten uit het Victoria-, George-, Malawien<br />

Tanganjikameer met een verschillende levenswijze,<br />

bijvoorbeeld snelle en langzame zwemmers,<br />

verschillen in de vorm en grootte <strong>van</strong> de<br />

kieuwen. De twee nauw verwante insectenetende<br />

soorten Haplochromis (Gaurochromis) hiatus<br />

en H. (G.) iris uit het Victoriameer, die sinds de<br />

Nijlbaarsexplosie niet meer ge<strong>van</strong>gen wer<strong>den</strong>,<br />

vorm<strong>den</strong> een mooi voorbeeld. De laatstgenoemde<br />

soort had een kieuwoppervlak dat 60%<br />

groter was dan dat <strong>van</strong> de eerstgenoemde (Fig. 3;<br />

Hoogerhoud et al.,1983). De verklaring voor dit<br />

verschil is dat H. hiatus leefde in water <strong>van</strong> 3 tot<br />

9 m diep en H. iris in water <strong>van</strong> 8 tot 15 m. In dit<br />

diepere water wer<strong>den</strong> in het regenseizoen regelmatig<br />

lage zuurstofconcentraties (minder dan 3<br />

mg/l) gemeten na het ontstaan <strong>van</strong> een spronglaag<br />

(Fig. 1). Verschillen in kieuwoppervlak zijn<br />

ook gevon<strong>den</strong> tussen populaties <strong>van</strong> dezelfde<br />

soort, bijvoorbeeld Pseudocrenilabrus multicolor<br />

victoriae uit het Kayanjameer met een zuurstofgehalte<br />

<strong>van</strong> 6,1 mg/l en uit de moerassen <strong>van</strong><br />

het Manywameer met een gehalte <strong>van</strong> 0,4 mg/l<br />

(Chapman et al., 2000). Het kieuwoppervlak <strong>van</strong><br />

de laatstgenoemde populatie is 41% groter dan<br />

dat <strong>van</strong> de eerstgenoemde.<br />

Het effect <strong>van</strong> langdurig lage zuurstofconcentraties<br />

in het Victoriameer<br />

Door de toegenomen algenbloei in de afgelopen<br />

30 jaar is de zuurstofconcentratie in de Mwanzagolf<br />

<strong>van</strong> het Victoriameer sterk afgenomen<br />

(<strong>Wanink</strong> et al., 2001). De algenbloei is onder andere<br />

het gevolg <strong>van</strong> verrijking <strong>van</strong> het water met<br />

voedingstoffen door de toenemende ontbossing<br />

en landbouw. Maar ook het verdwijnen <strong>van</strong> de<br />

algenetende Haplochromis-soorten door de geïntroduceerde<br />

Nijlbaars draagt waarschijnlijk bij<br />

aan de algenbloei (Goldschmidt et al., 1993). De<br />

zoöplanktoneter H. (Yssichromis) pyrrhocephalus,<br />

is op het ogenblik een <strong>van</strong> de weinige Haplochromissoorten<br />

die zich hersteld hebben <strong>van</strong> de Nijlbaars<br />

predatie (<strong>Witte</strong> & <strong>Wanink</strong> 2000). Het kieuwoppervlak<br />

<strong>van</strong> deze soort blijkt binnen 20 jaar<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC) 147


Hypoxieopstelling in het laboratorium in Lei<strong>den</strong>.<br />

Aquarium met vissen bij een zuurstofconcentratie <strong>van</strong> 0,8 mg/l.<br />

meer dan 60% in grootte te zijn toegenomen (M.<br />

Welten, ongepubliceerde gegevens). Deze toename<br />

werd gerealiseerd door verlenging <strong>van</strong> de<br />

filamenten en vergroting <strong>van</strong> het oppervlak <strong>van</strong><br />

de secundaire lamellen.<br />

Om nader te onderzoeken hoe deze veranderingen<br />

tot stand komen, hebben we in het laboratorium<br />

in Lei<strong>den</strong> experimenten gedaan waarbij<br />

cichli<strong>den</strong>soorten uit de Mwanzagolf onder permanente<br />

hypoxie zijn opgekweekt. Jonge vissen<br />

<strong>van</strong> 1,5 tot 2 cm groot wer<strong>den</strong> in aquaria gezet<br />

waar<strong>van</strong> de zuurstofspanning in de loop <strong>van</strong> en-<br />

148<br />

kele weken teruggebracht<br />

werd <strong>van</strong> een normale zuurstofconcentratie<br />

(7 mg/l),<br />

normoxie genoemd, tot extreme<br />

hypoxie (0,8 mg/l).<br />

Alle soorten bleken deze<br />

overgang goed te overleven.<br />

De hypoxie-vissen groei<strong>den</strong><br />

bijna even snel als nestgenoten<br />

die onder normoxie<br />

opgekweekt wer<strong>den</strong>. Enkele<br />

soorten kwamen zelfs tot<br />

broe<strong>den</strong>. Na anderhalf jaar,<br />

de vissen waren inmiddels<br />

volwassen gewor<strong>den</strong>, wer<strong>den</strong><br />

de kieuwen onderzocht.<br />

Net als in het Victoriameer<br />

bleken de hypoxie-vissen<br />

een kieuwoppervlak te hebben<br />

dat 60-80% groter was<br />

dan dat <strong>van</strong> de normoxievissen<br />

(C. <strong>Rutjes</strong>, ongepubliceerde<br />

gegevens). Hieruit<br />

blijkt dat de kieuwen <strong>van</strong><br />

deze Haplochromis-soorten<br />

uitermate plastisch zijn en<br />

dat de vissen zich door “training”<br />

kunnen aanpassen aan<br />

lage zuurstofspanningen. De<br />

uiterlijke kenmerken (het<br />

fenotype) <strong>van</strong> een individu<br />

verander<strong>den</strong> dus onder invloed<br />

<strong>van</strong> hypoxie; de genen<br />

<strong>van</strong> het individu verander<strong>den</strong><br />

echter niet, want die zijn<br />

bij de bevruchting al vastgelegd.<br />

Het verschijnsel dat één<br />

genotype onder invloed <strong>van</strong><br />

het milieu verschillende<br />

fenotypen produceert noemen we fenotypische<br />

plasticiteit. Het is een eigenschap die uitermate<br />

handig is voor planten en dieren die in wisselende<br />

milieus leven. Het vermogen met fenotypische<br />

plasticiteit te reageren op variatie in het<br />

milieu, is een genetisch bepaalde eigenschap die<br />

vooral voorkomt bij organismen die in onstabiele<br />

milieus leven. Als een omgeving tijdelijk verandert,<br />

bijvoorbeeld hypoxisch wordt, dan kunnen<br />

organismen dit overleven dankzij deze fenotypische<br />

plasticiteit. Blijft de hypoxische situatie<br />

generaties lang voortbestaan dan kan het genotype<br />

veranderen door natuurlijke selectie, wat<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC)


Fig. 4. Een theoretisch voorbeeld <strong>van</strong> de negatieve relatie<br />

tussen de grootte <strong>van</strong> de kieuwen en de omliggende<br />

spieren (rood gekleurd) in de kop <strong>van</strong> een cichlide. sh =<br />

sternohyoideus spier (door Martin Brittijn, naar een figuur<br />

<strong>van</strong> Marnix de Zeeuw).<br />

meestal leidt tot betere aanpassingen dan die<br />

welke alleen door fenotypische plasticiteit verkregen<br />

wor<strong>den</strong>. In hoeverre de veranderingen<br />

in de kieuwen <strong>van</strong> H. pyrrhocephalus uit het<br />

Victoriameer berusten op fenotypische plasticiteit<br />

of het gevolg zijn <strong>van</strong> natuurlijke selectie,<br />

weten we nog niet. We vermoe<strong>den</strong> echter dat het<br />

om een combinatie <strong>van</strong> beide effecten gaat.<br />

Interessant is de vraag, hoe grotere kieuwen in<br />

de kop geplaatst kunnen wor<strong>den</strong>. De structuren<br />

in de kop <strong>van</strong> een cichlide zitten dicht op elkaar<br />

gepakt en er is dus weinig vrije ruimte beschikbaar.<br />

Er zijn ten minste twee mogelijkhe<strong>den</strong> om<br />

dit ruimteprobleem op te lossen. De ene is een<br />

grotere kop, maar dit kan nadelige effecten heb-<br />

ben op de stroomlijn <strong>van</strong> de vis. De andere<br />

mogelijkheid is het verkleinen <strong>van</strong><br />

structuren die aan de kieuwen grenzen<br />

(Fig. 4). Hierdoor kan de functie <strong>van</strong> deze<br />

structuren echter nadelig beïnvloed wor<strong>den</strong>.<br />

Een afname <strong>van</strong> bijvoorbeeld de dikte<br />

<strong>van</strong> de sternohyoideus spier, die voor de<br />

bekopening zorgt bij het opzuigen <strong>van</strong><br />

prooien, zou kunnen betekenen dat de vis<br />

bepaalde prooien minder goed kan <strong>van</strong>gen.<br />

Het verschijnsel waarbij door verbetering<br />

<strong>van</strong> de ene functie een andere wordt<br />

aangetast wordt in het Engels een “tradeoff”<br />

genoemd.<br />

In het verle<strong>den</strong> is diverse malen gesuggereerd<br />

dat hypoxie in het Victoriameer een<br />

belangrijker oorzaak zou zijn voor het verdwijnen<br />

<strong>van</strong> de haplochromine cichli<strong>den</strong><br />

gedurende de afgelopen decennia dan<br />

predatie door de Nijlbaars. Ons onderzoek<br />

wijst er op dat de Victoriacichli<strong>den</strong> die <strong>van</strong><br />

jongs af aan onder hypoxie opgroeien zich<br />

redelijk aan zulke omstandighe<strong>den</strong> kunnen<br />

aanpassen. Wat we nog moeten onderzoeken<br />

is hoe die veranderingen tot stand<br />

komen (fenotypische plasticiteit, natuurlijke<br />

selectie of een combinatie <strong>van</strong> beide)<br />

en wat de effecten <strong>van</strong> de “trade-offs” zijn.<br />

Wat we ook nog niet weten is of de ontwikkeling<br />

<strong>van</strong> embryo’s onder hypoxie<br />

goed verloopt. De enige soort die in onze<br />

proefopstelling bij 0,8 mg/l zuurstof haar<br />

jongen succesvol kon groot brengen was<br />

A. alluaudi. Deze soort komt ook onder natuurlijke<br />

omstandighe<strong>den</strong> in milieus voor<br />

met lage zuurstofconcentraties. Als hypoxie voor<br />

de embryo’s <strong>van</strong> andere soorten dodelijk is, zal<br />

het effect er<strong>van</strong> op de soortenrijkdom veel groter<br />

kunnen zijn dan de bovenbeschreven experimenten<br />

doen vermoe<strong>den</strong>.<br />

In de komende tijd zullen wij ons onderzoek<br />

richten op de bovengestelde vragen. Behalve het<br />

begrijpen <strong>van</strong> de effecten <strong>van</strong> hypoxie op de diversiteit<br />

<strong>van</strong> cichli<strong>den</strong>, hopen we door dit onderzoek<br />

ook inzicht te verkrijgen in mechanismen<br />

die een rol spelen bij de snelle evolutie en<br />

adaptieve radiatie <strong>van</strong> de cichli<strong>den</strong> uit de grote<br />

Afrikaanse meren.<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC) 149


Literatuur:<br />

Anker, G. Ch., 1989. Neth. J. Zool. 39: 1-40.<br />

Barel, C.D.N., F. <strong>Witte</strong> & M.J.P. <strong>van</strong> Oijen, 1976.<br />

Neth. J. Zool. 26: 163-265.<br />

Barel, C.D.N., M.J.P. <strong>van</strong> Oijen, F. <strong>Witte</strong> & E.L.M.<br />

<strong>Witte</strong>-Maas, 1977. Neth. J. Zool. 27: 333-389.<br />

Bouton, N., N. <strong>van</strong> Os & F. <strong>Witte</strong>, 1998. J. Fish. Biol.<br />

53 (A): 118-127.<br />

Chapman, L.J., L.S. Kaufman, C.A. Chapman & F.E.<br />

McKenzie, 1995. Conserv. Biol. 9: 1274-1288.<br />

Chapman, L. J., C.A. Chapman, F.G. Nordlie & A.E.<br />

Rosenberger, 2002. Comp. Biochem. Physiol. A 133:<br />

421-437.<br />

Coulter, G.W., 1967. Nature 215: 317-318.<br />

Eschmeyer, W.N., C.J. Ferraris & M.D. Hoang, 1998.<br />

Catalogue of Fishes, 3 vols. Cal. Acad. Sci., San<br />

Francisco, 2905 pp.<br />

Fryer, G., 1960. E. Afr. J. Agric. 25: 267-270.<br />

Fryer, G. & T.D. Iles, 1972. The Cichlid Fishes of the<br />

Great Lakes of Africa. Oliver & Boyd, Edinburgh.<br />

Galis, F. & C.D.N. Barel, 1980. Neth. J. Zool. 30:<br />

392-430.<br />

Goldschmidt, T., 1994. Darwins hofvijver. Prometheus<br />

Amsterdam.<br />

Goldschmidt, T., F. <strong>Witte</strong> & J. de Visser, 1990. Oikos<br />

58: 343-355.<br />

Goldschmidt, T., F. <strong>Witte</strong> & J. <strong>Wanink</strong>, 1993. Conserv.<br />

Biol. 7: 686-700.<br />

Goudswaard, P.C., F. <strong>Witte</strong> & E.F.B. Katunzi, 2002.<br />

J. Fish Biol. 60: 838-856.<br />

Greenwood, P.H., 1974. Bull. Br. Mus. nat. Hist.<br />

(Zool.) Suppl. 6.<br />

164<br />

De treiler Mdiria, voorheen Texel 34,<br />

waarmee veel haplochrominen voor<br />

het onderzoek <strong>van</strong> HEST ge<strong>van</strong>gen<br />

wer<strong>den</strong>.<br />

Greenwood, P.H., 1981. The haplochromine fishes<br />

of the East African Lakes. Kraus-Thomson<br />

Organization GmbH, München.<br />

Hoogerhoud, R.J.C., F. <strong>Witte</strong> & C.D.N. Barel, 1983.<br />

Neth. J. Zool. 33: 283-305.<br />

Katunzi, E.F.B., J. Zoutendijk, T. Goldschmidt, J.H.<br />

<strong>Wanink</strong> & F. <strong>Witte</strong>, 2003. Ecol. Freshw. Fish 12: 237-<br />

240.<br />

Kozhova O.M. & L.R. Izmest’eva, 1998. Lake Baikal.<br />

Backhuys Publishers, Lei<strong>den</strong>.<br />

Muusze B., J. Marcon, G. <strong>van</strong> <strong>den</strong> <strong>Thillart</strong> & V.<br />

Almeida-Val, 1998. Comp. Biochem. Physiol. 120A:<br />

151-156.<br />

Oijen, M.J.P. <strong>van</strong>, F. <strong>Witte</strong> & E.L.M. <strong>Witte</strong>-Maas,<br />

1981. Neth. J. Zool. 31: 149-174.<br />

Oijen, M.J.P. <strong>van</strong>, 1991. Zool. Verh. Lei<strong>den</strong> 272: 1-<br />

95.<br />

Oijen, M.J.P. <strong>van</strong>, & F. <strong>Witte</strong>, 1996. Zool. Verh. Lei<strong>den</strong><br />

302: 1-56.<br />

Seehausen, O. & J.J.M. <strong>van</strong> Alphen, 1998. Behav.<br />

Ecol. Sociobiol. 42: 1-8.<br />

Seehausen, O., J.J.M. <strong>van</strong><br />

Alphen & F. <strong>Witte</strong>, 1997. Science<br />

277: 1808-1811.<br />

Seehausen, O., E. Lippitsch, N.<br />

Bouton & H. Zwennes, 1998.<br />

Ichthyol. Expl. Freshw. 9: 129-<br />

228.<br />

Seehausen, O., 1996. Lake<br />

Victoria Rock Cichlids. Verduijn<br />

Cichlids, Zevenhuizen.<br />

Verheyen, E., R. Blust & W.<br />

Decleir, 1986. Comp. Biochem.<br />

Physiol. 84A: 315-318.<br />

<strong>Wanink</strong>, J.H., J.J. Kashindye,<br />

P.C. Goudswaard & F. <strong>Witte</strong>,<br />

2001. Freshw. Biol. 46: 75-85.<br />

<strong>Wanink</strong>, J.H., 1999. Hydrobiologia<br />

407: 183-189.<br />

<strong>Witte</strong>, F., 1981. Neth. J. Zool. 31:<br />

175-202.<br />

<strong>Witte</strong>, F., & W.L.T. <strong>van</strong> Densen<br />

(eds), 1995. Fish Stocks and<br />

Fisheries of Lake Victoria.<br />

Samara Publishing Ltd. Cardigan, Dyfed.<br />

<strong>Witte</strong>, F. & M.J.P. <strong>van</strong> Oijen, 1990. Zool. Verh. Lei<strong>den</strong><br />

262: 1-47.<br />

<strong>Witte</strong>, F. & J.H. <strong>Wanink</strong>, 2000. Cichlidae 26: 77-84.<br />

<strong>Witte</strong>, F., H. <strong>van</strong> der Meer & C.D.N. Barel, 2003.<br />

Cichlidae 29: 104-114.<br />

<strong>Witte</strong>, F., T. Goldschmidt, J. <strong>Wanink</strong>, M. <strong>van</strong> Oijen,<br />

K, Goudswaard, E. <strong>Witte</strong>-Maas & N. Bouton, 1992.<br />

Env. Biol. Fish. 34: 1-28.<br />

Cichlidae 31-6 december <strong>2005</strong> (© NVC)

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!