De Hortus als levend lab: nieuwe technologie onthult verborgen relaties tussen soorten
Voor onderzoek naar de interactie tussen soorten is de Hortus botanicus Leiden een ware schatkamer. Dankzij nieuwe methoden zoals DNA-analyses, beeld-en geluidmonitoring en detectie via machine learning worden verrassende ontdekkingen gedaan. Dat stelt Hortusprefect Barbara Gravendeel in haar oratie op 8 juni.
Een botanische tuin voor onderzoek naar medicinale planten en studenten hierover onderwijzen. Met dat doel werd de Leidse Hortus in 1590 opgericht. Ruim 435 jaar later is deze botanische tuin nog altijd een belangrijk onderzoeksterrein. Dankzij de nieuwste onderzoeksmethoden valt er nog veel te ontdekken voor wetenschappers en studenten.
Nieuwe soorten
In haar oratie vertelt Barbara Gravendeel, hoogleraar Plant & Maatschappij, over het onderzoek in de Hortus naar de interactie tussen soorten. Planten uit de hele wereld trekken hier insecten en andere dieren aan die op hun beurt bijdragen aan bestuiving, zaadverspreiding, biologische bestrijding en een vitale bodem.
De eerste schakels in dit bijzondere voedselweb van de Hortus werden met het blote oog ontdekt. In de loop der tijd identificeerden biologen vele nieuwe soorten zoals amfibieën, wilde bijen, broedvogels, vlinders, mieren, motten, paddenstoelen, spinnen, vleermuizen en wespen. Die ontdekkingen doen onderzoekers tegenwoordig ook met hulp van ‘buurtwetenschappers’: bewoners in Leiden die gegevens verzamelen over natuur en biodiversiteit in hun eigen wijk.
Machine learning
Om deze schatkamer van biodiversiteit nog preciezer in kaart te brengen is meer nodig dan een microscoop of verrekijker, aldus Gravendeel. Tegenwoordig bestuderen de onderzoekers de interacties tussen soorten met beeld- en geluidsopnames en DNA-analyses. Alle data worden verwerkt via geautomatiseerde soortendetectie met dank aan machine learning. Dat leidt tot veel nieuwe inzichten. ‘Een van onze scriptiestudenten ontdekte op Mediterrane steeneiken tientallen insectensoorten, waaronder drie nieuwe soorten voor Nederland. De aanname dat op exotische eiken niets zou leven bleek achterhaald.'
Veldbioloog is ook data-analist
Die digitale monitoring levert een stortvloed aan nieuwe data op. Gravendeel werkt nauw samen met het Leiden Institute of Advanced Computer Science, het Instituut Biologie, Naturalis, Hogeschool Leiden en LUMC om al die gegevens te analyseren. Ook wiskundigen hebben interesse in de Hortus en boden recentelijk aan modellen te ontwikkelen om het unieke voedselweb van de Leidse Hortus beter te leren begrijpen.
Onderzoek studenten
Gravendeel betrekt nadrukkelijk ook studenten bij het onderzoek. Computer Science-studenten ontwikkelen algoritmen en interfaces om nieuwe interacties tussen soorten automatisch te detecteren en kwantificeren. Biologiestudenten onderzoeken in samenwerking met Naturalis en de Hortus hoe soorten, afkomstig uit de hele wereld, leren samenleven, en wat de invloed is van klimaatverandering.
Hooikoorts
Ook interacties tussen planten en bezoekers van de botanische tuin vallen hieronder, benadrukt Gravendeel. ‘Met pollensniffers tellen we de hoeveelheid allergeen pollen in de lucht en vergelijken we deze met biomarkers in de adem van bezoekers die meewerken aan hooikoortsonderzoek. Hiermee kunnen we botanische tuinen ook voor hen optimaal inrichten en beheren.’
Verplaats je in wandelende tak
Er wordt dus volop onderzoek gedaan naar de levende collectie van de Leidse Hortus, maar de meeste bezoekers merken daar nog weinig van. Dat is een gemiste kans, vindt ze. Daarom haalt het team van de Hortus voor inspirerende activiteiten ook de banden aan met de Academy of Creative and Performing Arts (ACPA) van de faculteit Geesteswetenschappen. Gravendeel: ‘Met multimedia performances laten we bezoekers op onze festivals op verrassende wijze kennis maken met schakels in het voedselweb die normaal gesproken nauwelijks zichtbaar en hoorbaar zijn. Denk aan een game, waarin je als wandelende tak aan een tropische palm knabbelt, om daarna te ontdekken wat het effect hiervan is op andere insecten. Planten hebben een positieve impact op onze fysieke en mentale gezondheid. Door bezoekers zich meer in te laten leven in de plantenwereld hopen we dit effect te vergroten.’