In de Plantentuin Meise staat opnieuw een reuzenaronskelk in bloei, het resultaat van een succesvolle bestuiving zo'n negen jaar geleden. De bloei van de reuzenaronskelk is een spektakel zonder weerga. Een lijkbleke bloeikolf duwt zich uit de aarde omhoog en kan tot wel drie meter boven de grond uitsteken.
Beeld: Een reuzenaronskelk in bloei in de Plantentuin van Meise (2020).
Met haar penetrante aasgeur, buitenaardse vorm en bijzondere kenmerken wekt de reuzenaronskelk tegelijk afkeer en fascinatie. Botanische tuinen, arboreta (bomentuinen) en plantenkwekerijen over de hele wereld staan voortdurend klaar om nieuws uit te brengen over hun exemplaar. Wanneer ze precies bloeit, is onvoorspelbaar, want de reuzenaronskelk volgt nu eenmaal haar eigen ritme, maar toch moet alles voorbereid zijn als het gebeurt. De Amorphophallus titanum, haar wetenschappelijke naam, trekt vaak meer bezoekers naar botanische tuinen dan welke andere plant ook. En niet alleen bezoekers kijken met grote ogen toe, dat deden ook Italiaanse botanici aan het einde van de negentiende eeuw toen ze de bloem voor het eerst formeel beschreven. De reuzenaronskelk vindt haar oorsprong in de regenwouden van West-Sumatra, in Indonesië, waar ze ook ontdekt werd. Tot op vandaag bestuderen biologen dit opmerkelijke bloeiverschijnsel tot in alle precisie.
In mijn onderzoek als bioloog gespecialiseerd in de evolutie van planten bestudeer ik doorgaans een heel andere plantensoort, de varen. Toch blijf ik gefascineerd door de reuzenaronskelk, omdat haar bijzondere combinatie aan kenmerken wijst op een interessante evolutionaire geschiedenis. Recente studies tonen bijvoorbeeld aan hoe de bloem haar bizarre kenmerken ontwikkelde, en verklaren zo niet alleen haar vorm, maar ook hoe minder bekende elementen haar evolutie beïnvloedden. Kortom, ze kan ons leren hoe evolutie in elkaar zit.
Twee hoofdonderdelen
Om de reuzenaronskelk goed te kunnen plaatsen, helpt het om haar structuur van naderbij te bekijken. Als ze niet bloeit, wat meestal zo is, bestaat ze eigenlijk uit een enorme knolvormige stengel onder de grond die energie opslaat in de vorm van zetmeel, en een gigantisch blad boven de grond dat iets wegheeft van een kleine boom. Het blad blijft ongeveer een jaar in leven, maakt via fotosynthese voedsel aan en slaat dat op in de knol. Sterft het blad af, dan gaat de knol enkele maanden in rust vooraleer er een nieuw blad groeit om zonlicht om te zetten in voedsel. Zodra de knol genoeg energie heeft opgeslagen, kan de plant gaan bloeien. Soms duurt het wel tien jaar voordat ze daaraan toe is. In plaats van een gewoon blad vormt ze dan een zogenoemde bloeiwijze, wat we als de ‘bloem’ zien. De bloeiwijze bestaat uit twee hoofdonderdelen: een vingervormige kolf (spadix) en een groot mantelachtig schutblad (spatha). Hoe vreemd ze er ook uitziet, je kan haar opbouw vergelijken met die van de vredeslelie of lepelplant (Spathiphyllum), die je wel eens in de wachtkamer van je huisarts ziet staan, maar dan drie meter groter.
Hoewel haar kolf en schutblad er als ‘bloem’ uitzien, zitten in werkelijkheid de echte bloemen als een piepklein samenstel verborgen in de basis van de kolf. Die zijn zo klein, zo’n twee tot vijf millimeter, dat ze de gewoonlijke bloemorganen/elementen missen, zoals kroon- of kelkbladen, en ze zijn bovendien eenslachtig. Bovenaan de kolf zitten mannelijke, stuifmeelmakende bloemen, onderaan een ring van vrouwelijke, zaadvormende bloemen. De mannelijke bestaan alleen uit een paar stuifmeelvormende elementen, terwijl de vrouwelijke een enkel minuscuul vruchtje aanmaken. Beide bloemen zijn dus tot hun meest essentiële elementen teruggebracht.
De reuzenaronskelk is een prototypisch voorbeeld van evolutionaire aanpassing. De meeste bloeiende planten die we kennen, hebben mooie kleuren en lokken met hun zoete geur bijen, vlinders, vogels en andere bestuivers die de bloemen helpen voortplanten. De reuzenaronskelk gebruikt een andere strategie. Ze heeft zich zodanig ontwikkeld dat ze eruitziet en ruikt als rottend vlees, waardoor ze aasetende insecten aantrekt, zoals vleesvliegen en kevers. Op het schutblad en de bloeikolf zijn er rimpelingen, groeven, bulten en verkleuringen, net zoals op rottend vlees. Haar stank maakt het compleet.
Vanwaar die vieze geur?
Net als veel andere soorten uit het Amorphophallus-geslacht maakt de reuzenaronskelk speciale zwavelhoudende stoffen aan die naar aas ruiken. G. Eric Schaller van Dartmouth College en zijn collega’s ontdekten onlangs een tot dan toe onbekend element van die stank, toepasselijk putrescine genoemd. Deze stof is zodanig chemisch identiek aan die in de bloem zelf, maar draagt ook bij aan de geur van aas. Zowel bij de bloem als bij rottend vlees ontstaat de penetrante geur door de afbraak van bepaalde aminozuren, ook wel de bouwstenen van eiwitten.
Opvallend is dat de reuzenaronskelk precies dezelfde stoffen heeft ontwikkeld als die in rot vlees. Een aanpassing van een organisme in de natuur is meestal geen perfecte ‘kopie’ van haar voorganger. Denk bijvoorbeeld aan spinnen die mieren nadoen. Spinnen hebben acht poten, mieren zes en natuurlijk twee voelsprieten. Om toch op een mier te lijken, houden deze spinnen hun twee voorste poten omhoog en bewegen ze die in het rond alsof het sprieten zijn. Zo blijkt dat evolutie niets uit het niets schept, maar knutselt met wat al aanwezig is, maar bij de reuzenaronskelk leidde dat geknutsel tot een bijna identieke aanpassing.
Een andere evolutionaire eigenschap zorgt ervoor dat haar walgelijke geur zich ver verspreidt om zoveel mogelijk bestuivers aan te trekken. Veel planten die aasetende insecten nodig hebben voor hun bestuiving hebben ‘warmtemechanismen’ ontwikkeld, waardoor hun geur opstijgt en zich beter door de omgeving verspreidt. Schaller en zijn collega’s ontdekten dat de reuzenaronskelk dit wel op een bijzondere manier doet. De plant zet zetmeel in de ondergrondse stengel om in suiker. Die suiker wordt via de kolf naar de mitochondriën gevoerd, waar ze wordt afgebroken. Normaal gezien wordt suiker in de mitochondriën gebruikt voor het opwekken van energie. In plaats van die energie op te slaan, breekt de reuzenaronskelk de celademhaling in de mitochondriën af, en geeft de energie af als warmte. Daarbij kan de kolf tot ongeveer elf graden Celsius warmer worden dan haar omgevingstemperatuur.
Voor vrijwel elke andere plant zou het vrijkomen van zulke energie onefficiënt zijn, omdat dat kostbare reserves verspilt. In dit geval zorgt de extra warmte er evenwel voor dat de rottende geur zich verder verspreidt en meer insecten lokt, waardoor de kans op bestuiving verhoogt. De sterkte van haar geur is dan ook verbluffend. Rose Rossell, promovenda aan de Colorado State University en haar collega’s, maten de chemische stoffen uitgestoten door een reuzenaronskelk in een botanische serre toen die in 2024 in bloei kwam. Ze ontdekten dat haar zwavelhoudende stoffen in een bepaalde hoeveelheid vergelijkbaar zijn met die van vuilnisbelten. Hoe sterk haar geur ook is, toch blijft die niet altijd hetzelfde. De onderzoekers stelden ook vast dat vervuilde lucht haar geurpluimen kan verzwakken en zelfs de chemische samenstelling van haar geur kan doen veranderen. Zo zou in theorie het aantal bestuivers in het regenwoud kunnen dalen en dat is zorgwekkend, want de soort is met uitsterven bedreigd. Naar schatting blijven er nog maar minder dan duizend in het wild over.
Groot van buiten, klein van binnen
De reuzenaronskelk staat vooral bekend om haar extravagante verschijning. Maar achter haar bizarre uiterlijk en walgelijke geur schuilt nog een andere fascinerende eigenschap, een die inkijk geeft in de innerlijke werking van evolutie. Als plantenbioloog vind ik het meest intrigerende aan deze soort het opvallende grootteverschil tussen haar onderdelen. Ze kan ons veel leren over hoe de groei en ontwikkeling van een organisme samenhangen met haar evolutionaire verloop. Evolutiebiologen probeerden lang patronen te ontdekken in de verandering in grootte doorheen de tijd. In de wetenschapsliteratuur wemelt het van discussies over principes zoals de regel van Cope, die stelt dat dierlijke afstammingen in de loop der tijd groter neigen te worden. Ook de wet van Foster duikt vaak op. Volgens die regel zouden dieren die vanaf het vasteland naar eilanden trekken van grootte veranderen. Grote organismen zouden steeds kleiner evolueren en omgekeerd. De reuzenaronskelk vertoont in dat opzicht een opmerkelijke tweedeling. Terwijl haar bloeiwijze gigantische afmetingen heeft ontwikkeld, zijn haar eigenlijke bloemen er kleiner op geworden.
Dat zo’n grootteverschil voorkomt in hetzelfde organisme roept een reeks vragen op. Waarom is de bloeiwijze van de reuzenaronskelk zo gigantisch? Waarom zijn haar afzonderlijke bloemen zo klein? En wat kwam eerst, de bloeiwijze die alsmaar groter werd of de kleiner wordende bloemen? Welke evolutionaire aanpassingen maakten dit mogelijk? Charles Davis van Harvard University en zijn collega’s stelden vast dat extreem grote bloeiwijzen en bloemen, samen ook wel bloei genoemd, meerdere keren onafhankelijk van elkaar zijn geëvolueerd, vooral soorten die bestoven worden door aasetende insecten, waaronder de reuzenaronskelk. Ze vermoeden dat grote bloeiwijzen zich hebben aangepast aan hun bestuivers, omdat dergelijke planten meer geur verspreiden en meer insecten verleiden om in hun warme holtes te blijven hangen, waar ze beschermd zijn tegen roofdieren. Zulke insecten leggen hun eitjes graag bij dierlijk aas, waarschijnlijk omdat er dan meer voedsel is voor hun larven. Tegelijk kunnen ze ook aangetrokken worden door grotere bloeiwijzen van planten die op karkassen lijken. Hoe meer bestuivers een plant aantrekt, hoe groter de kans op een succesvolle voortplanting.
Maar waarom zijn de individuele bloemen dan zo klein als de voorkeur van de bestuivers de evolutie van haar opvallende afmetingen heeft beïnvloed? Als er een selectie was voor grotere bloeiwijzen, waarom evolueerde de reuzenaronskelk dan naar gigantische bloeiwijzen en niet naar grotere individuele bloemen? Om die vragen te beantwoorden, moeten we uitzoeken welke eigenschap als eerste voorkwam. Net als bij de kip-of-eiparadox vinden we het antwoord terug in de evolutionaire stamboom. Als we kippen als voorbeeld nemen en we kijken naar vogels en hun naaste verwanten, zoals krokodilachtigen, schildpadden, slangen en hagedissen, zien we dat de meeste soorten in die groepen eieren leggen. Daaruit kunnen we afleiden dat ook hun gemeenschappelijke voorouder eieren legde. Met andere woorden: het ei kwam vóór de kip.
Groot, groter, grootst
Hoe zit het dan met de kleine bloemen en de grote bloeiwijze? Als we naar de evolutionaire stamboom van de reuzenaronskelk kijken, zien we dat bijna alle verwanten kleine bloemen hebben. Dat geldt niet alleen voor andere families binnen dezelfde orde, de Alismatales, maar ook voor verwante groepen zoals de Acorales, Petrosaviales en sommige van de Dioscoreales. Om een volledige groep te vinden met grotere individuele bloemen zouden we meerdere vertakkingen buiten de Alismatales moeten volgen, tot aan de Liliales. Dat patroon laat zien dat kleine bloemen al bestonden voordat zich in de evolutie een enorme bloeiwijze ontwikkelde.
De aanwezigheid van die kleine bloemen zou wel eens de evolutionaire ontwikkeling van de reuzenaronskelk kunnen hebben bepaald. Todd Barkman van Western Michigan University onderzocht samen met andere vorsers hoe snel de bloemgrootte van een plant evolueert. Ze ontdekten dat taxonomieën waarvan de voorouders grote individuele bloemen hadden, doorgaans sneller grote bloemen ontwikkelden dan die met kleine bloemen. Conclusie: grote bloemen leiden vaak tot nog grotere bloemen.
Volgens hen is dat het geval bij de rafflesiabloem, een geslacht uit Zuidoost-Azië dat zich met aas bestuift en de grootste bloemen ter wereld heeft, elk ongeveer zo groot als een strandbal. Bij de reuzenaronskelk en haar verwanten zijn de bloemen echter klein, waardoor de snelheid waarmee de afzonderlijke bloemen in omvang toenemen, eveneens laag is.
Door invloed van de aasbestuivers op natuurlijke selectie zal ze uiteindelijk een grotere bloeiwijze bevoordeeld hebben in haar nageslacht, dan grotere individuele bloemen.
Zodra een plant het evolutionaire pad inslaat waarbij niet de individuele bloem maar de bloeiwijze groter wordt, ontstaat ook een soort pal-effect: grote bloeiwijzen leiden tot nog grotere bloeiwijzen, terwijl het alternatieve evolutiepad, waarbij selectie inwerkt op de grootte van de afzonderlijke bloemen, steeds minder waarschijnlijk wordt. Dat zien we ook terug bij andere planten met reusachtige bloeiwijzen buiten de familie van de reuzenaronskelk, zoals zonnebloemen, vijgen en palmen. Die bestaan doorgaans ook uit piepkleine bloemen. De parasolwaaierpalm (Corypha umbraculifera) heeft met een lengte van bijna acht meter de grootste bloeiwijze ter wereld, waar ongeveer 25 miljoen kleine goudkleurige bloemen in kunnen groeien.
Meer dan een stinkbloem
We leren hieruit dat evolutie in een organisme afhangt van zijn geschiedenis. Als de voorouders van een plant bijvoorbeeld kleine bloemen hadden die samen in groep groeiden, dan kon de evolutie ervoor zorgen dat die groep steeds groter werd, wat we bij de reuzenaronskelk zien. Maar als de voorouders één enkele bloem op een steel hadden staan, dan zou die ene bloem doorheen de evolutie groter worden, net zoals bij de rafflesiabloem.
De reuzenaronskelk toont ons dat de eerdere vorm van een plant belangrijk is voor hoe die zich later ontwikkelt.
De reuzenaronskelk is zonder twijfel spectaculair om te zien. Maar er schuilt meer achter dan je op het eerste gezicht, of bij de eerste geur, zou denken. Mocht er ooit een bij je in de buurt in bloei staan, is het zeker de moeite om haar in volle glorie te bewonderen. Misschien krijgen we zo meer inzicht in haar evolutie en waarom deze vreemde plant zo uitzonderlijk is.
