Een slag van de molen? Hoe verminderde migratiemogelijkheden in het Zwalmbekken sporen nalaten in de genen van driedoornige stekelbaarsjes.

Transcriptie

1 Een slag van de molen? Hoe verminderde migratiemogelijkheden in het Zwalmbekken sporen nalaten in de genen van driedoornige stekelbaarsjes. 27 Het mag gezegd worden: watermolens zijn fascinerend. Statig brengen ze een rijk verleden weer tot leven. Niet toevallig lokken ze heel wat bezoekers. Ze betekenen een welkome tussenstop op lange wandel- of fietstochten. Wegdromend over het kabbelende water daagt het ons dat watermolens al eeuwenlang leveranciers zijn van groene energie. Het verleden als inspiratiebron voor een duurzame toekomst. Maar jammer genoeg betekenen watermolens ook een bedreiging. Een watermolen vormt immers, letterlijk en figuurlijk, een obstakel in het leven van elke vis die stroomopwaarts wil zwemmen. In een vorige uitgave van Vlaamse Molens bespraken David Buysse en Johan Coeck de gevolgen van watermolens op korte termijn. Watermolens verhinderen de vrije migratie van vissen en kunnen het stroomprofiel van beken en rivieren ernstig wijzigen. Daardoor zijn heel wat vissoorten een vogel voor de kat. In dit artikel bestuderen we de gevolgen van watermolens op lange termijn. Gevolgen die zich langzaam opstapelen in het DNA, de genetische code die dient als bouwplan van elk levend organisme. Deze gevolgen kunnen voor de vissen uiteindelijk fataal zijn. Gelukkig kunnen er goede oplossingen bedacht worden, eenmaal dat het DNA, dankzij de moderne wetenschap, zijn fascinerende geheimen heeft prijsgegeven. Daardoor kunnen het behoud van de watermolens en het herstel van het waterleven zo goed mogelijk op elkaar afgestemd worden. Joost Raeymaekers De watermolen - een gedroomd experiment Voor een evolutiebioloog is een watermolen een gedroomd experiment. Door de aanleg van de molen wordt de lokale visgemeenschap immers in twee groepen gesplitst: één deel van de populatie belandt stroomopwaarts van de molen, en het andere deel stroomafwaarts. Vanaf dan zijn de migratiemogelijkheden beperkt: de stroomopwaartse vissen kunnen nog wel stroomafwaarts migreren, vooral tijdens hoogwater, maar voor de stroomafwaartse vissen wordt het moeilijk tot onmogelijk om ooit nog stroomopwaarts te migreren. De scheiding zorgt ervoor dat de genetische variatie opgesplitst wordt en dat beide populaties min of meer onafhankelijk verder zullen evolueren. Stel dat een watermolen 500 jaar geleden werd aangelegd, dan weten we dat elk genetisch verschil tussen de stroomop- en stroomafwaartse populatie het resultaat is van 500 jaar evolutie. Of 500 generaties evolutie, in de veronderstelling dat vissen zich elk jaar voortplanten. Om een gelijkaardig inzicht te krijgen in de evolutie van de mens zouden we al jaar moeten terugblikken in de tijd. Figuur 1. De Temsche molen (staalnamepunt z5 in figuur 2), hier afgebeeld in 1935 en nu afgebroken, werd gebouwd vóór Foto: Centrum voor Streekgeschiedenis, Zottegem. De evolutietheorie jaar na Darwin In 2009 is het precies 200 jaar geleden dat Charles Darwin, grondlegger van de evolutietheorie, geboren werd. Vijftig jaar later, in 1859, publiceerde hij zijn meesterwerk, Over de oorsprong van soorten door middel van natuurlijke selectie. Daarin stelde hij dat enkel de individuen die het best zijn aangepast aan de omstandigheden in de natuur in staat zijn te overleven en zich succesvol voort te planten. Dit proces kan uiteindelijk aanleiding geven tot evolutie, zoals het ontstaan van nieuwe soorten. Natuurlijke selectie wordt daarom ook wel de motor van de evolutie genoemd. De brandstof voor die motor is genetische variatie: individuen verschillen in tal van eigenschappen die kunnen beslissen over leven en dood, en deze verschillen hebben een genetische basis, vastgelegd in het DNA.

2 28 Tabel 1. Overzicht van de acht watermolens uit het Zwalmbekken waarvan we de invloed nagingen op de genetische eigenschappen van de lokale stekelbaarspopulaties. Voor elke molen wordt de oudste vermelding in de literatuur, de afstand tot de monding, het verval ter hoogte van het rad, en de aanwezigheid van een vistrap (met bouwjaar) weergegeven. De twee laatste kolommen tonen de percentuele daling van het aantal allelen ( genetische erosie ; zie tekst) en immigranten ( immigratievermindering ) in de stroomopwaartse populatie ten opzichte van de stroomafwaartse populatie. Watermolen Oudste vermelding Afstand tot monding (km) Verval (m) Vistrap (bouwjaar) Genetische erosie Immigratie vermindering z2 Ter Biestmolen ,40 2,5 Ja (2005) 0 % 4,1 % z3 IJzerkotmolen ,30 2,1 Ja (in aanleg) 1,3 % 0,0 % z4 Zwalmmolen ,30 2,3 Ja (in aanleg) 0 % 0,0 % z5 Temsche molen ,40 1 Nee 9,2 % 6,8 % z7 Bostmolen ,35 2,5 Ja (in aanleg) 8,5 % 51,0 % z8 Van den Borres molen ,39 5 Nee 13,3 59,2 % z9 Boembekemolen ,42 4 Ja (in aanleg) 7,6 % 41,7 % z15 Moldergemmolen ,70 4 Nee 2,1 % 84,7 % Figuur 2. Vangstplaatsen van de driedoornige stekelbaars in het Zwalmbekken tijdens de lente van De dwarslijnen duiden de positie aan van migratiebarrières, waaronder de acht watermolens (witte stippen). Zestien populaties werden bemonsterd vlak voor (stroomopwaarts; index a) of vlak achter (stroomafwaarts; index b) de watermolens. De zwarte stippen markeren de locatie van vier bijkomende vangstplaatsen. Vistrappen zijn in ontwerp sinds 2005 voor de watermolens aangeduid met een sterretje (*). De vistrap van de Boembekemolen, gemarkeerd met twee sterretjes (**), werd reeds aangelegd in De codes van de vangstplaatsen worden verklaard in Tabel 1.

3 Figuur 3. Elk levend organisme beschikt over een unieke genetische code, het DNA. Deze genetische code bevat niet alleen het bouwplan van elk individu, maar weerspiegelt ook zijn mate van verwantschap met andere individuen. Hier wordt het genetisch profiel getoond van vier driedoornige stekelbaarzen. Elke grijswaarde vertegenwoordigt een gebied op het chromosoom (of een verschillend gen) met zijn varianten, of allelen. De pieken duiden aan over welke allelen elk individu beschikt. Uiteraard verwachten we niet dat door de bouw van een watermolen de vissen stroomopwaarts tot zeehonden evolueren, en de vissen stroomafwaarts tot pinguïns. Wel staat het vast dat migratiebarrières de levensomstandigheden voor riviervissen drastisch kunnen veranderen. In Vlaanderen is 20% van de vissoorten uitgestorven, en migratiebarrières hebben daar, samen met watervervuiling, zeker toe bijgedragen. Onder de slachtoffers bevinden zich vooral soorten die zich niet kunnen aanpassen aan de combinatie van verminderde migratiemogelijkheden, tragere stroming, en lagere zuurstofconcentraties. Andere soorten hebben zich wel kunnen handhaven, al hebben natuurlijke selectie en survival of the fittest wellicht geleid tot genetische verschuivingen en dus evolutie. Nog andere soorten zijn heel tolerant en hebben zich wellicht niet moeten aanpassen aan de veranderende levensomstandigheden. Toch ondergaan ook deze soorten de gevolgen van de versnippering van hun leefgebied. Wanneer migrerende vissen de stroomopwaartse populaties niet kunnen bereiken, dan treedt er immers langzaam maar zeker genetische verarming of inteelt op. Ook dit is een vorm van evolutie, die op lange termijn nadelige gevolgen kan hebben. Samengevat zijn watermolens dus heel handig om te weten te komen hoe evolutie te werk gaat, en hoe snel organismen kunnen evolueren. Tegelijk is het belangrijk om de mogelijk nadelige gevolgen van de watermolens op lange termijn in te schatten. Als onafhankelijke onderzoeksgroep nam het Laboratorium voor Diversiteit en Systematiek van Dieren van de K.U.Leuven de proef op de som. Daarvoor trokken we naar de Zwalmstreek in Oost- Vlaanderen. De Zwalmbeek en haar zijbeekjes vormen een waardevol stroombekken met een hoge natuurwaarde. Bovendien staan er een tiental waardevolle watermolens (zie figuur 1), waarvan sommige al bijna 1000 jaar oud zijn (tabel 1). Doel van ons onderzoek was om de genetische variatie in de verschillende populaties van de Zwalm in kaart te brengen, en tegelijk ook in te schatten welke watermolens belangrijke genetische verschuivingen hebben veroorzaakt. Hoe gaan we te werk? In 2004, vlak voor de aanleg van een aantal vistrappen, verkenden we een achttal watermolens in het Zwalmbekken (zie tabel 1 en figuur 2). Met een schepnet vingen we stroomopwaarts en stroomafwaarts van elke molen telkens vijftig driedoornige stekelbaarsjes. Dit visje van maximaal 8 cm is de meest voorkomende vissoort in Vlaanderen. Waar de waterkwaliteit behoorlijk tot goed is, zoals in de Zwalm, komen ze massaal voor. Na de vangst werden de stekelbaarsjes ingevroren en overgebracht naar het laboratorium. In het laboratorium werden de vissen eerst ontdooid, waarna er een stukje van de staartvin werd afgeknipt. Dit stukje weefsel werd bewaard in zuivere alcohol en vervolgens gebruikt om het DNA te isoleren en de samenstelling ervan te bepalen. Het DNA bestaat uit miljoenen bouwstenen, georganiseerd in genen (dragers van de code voor eiwitten). Deze genen zijn voor een groot deel identiek voor alle organismen van dezelfde soort. Daarnaast zijn er ook variabele genen die voldoende informatie bevatten om individuen van elkaar te onderscheiden. Voor deze studie werden een zestal genen geselecteerd, gelegen op verschillende chromosomen. De genen worden scheikundig gemerkt met een fluorescerende molecule. Met een laser die de fluorescentie detecteert kan het genetisch profiel van elk individu automatisch bepaald worden. Met behulp van een computerbeeld kunnen we tenslotte aflezen (zie figuur 3) welke varianten, of allelen, er zijn van elk gen, en over welke allelen elk individu beschikt. 29

4 30 Met behulp van deze gegevens kunnen we de genetische karakteristieken van elke bemonsterde populatie bestuderen. Eerst wordt er berekend over hoeveel allelen elke populatie beschikt. Dit is een maat voor de genetische variatie binnen elke populatie. Verder weerspiegelt het genetisch profiel van een individu ook zijn verwantschapsgraad met alle andere individuen. Uitgebreide berekeningen laten toe in te schatten of een individu geboren is op de plaats waar hij gevangen is, of vanuit een nabijgelegen locatie geïmmigreerd is. Voor elke populatie kunnen we dan ook het totale percentage immigratie berekenen. Hoe hoger dit percentage, hoe beter de populatie in verbinding staat met de andere populaties. Tenslotte kunnen de genetische karakteristieken van de populaties aan weerskanten van een watermolen met elkaar vergeleken worden. Zo kunnen we inschatten of de molen veel of weinig genetische verschuivingen heeft teweeggebracht. Een eerste maat die we hiervoor gebruiken, is de genetische erosie, of de percentuele daling van het aantal allelen in de stroomopwaartse populatie ten opzichte van de stroomafwaartse populatie. Een tweede maat is de immigratievermindering, of de percentuele daling van het aantal immigranten in de stroomopwaartse populatie ten opzichte van de stroomafwaartse populatie. Bevindingen Om te beginnen kijken we naar de genetische variatie, of het aantal allelen, in elk van de bemonsterde populaties. In figuur 4 zien we dat hoe meer stroomopwaarts de stekelbaarsjes gevangen werden, hoe minder allelen ze hebben. Over 24 km rivier wordt Figuur 4. Genetische variatie in populaties van driedoornige stekelbaars in functie van de stroomopwaartse afstand in het Zwalmbekken. Globaal is er een duidelijke daling waar te nemen, vooral ter hoogte van de watermolens (volle zwarte lijnen, in het bijzonder bij z5, z7, z8 en z9) en ter hoogte van andere migratieknelpunten (onderbroken zwarte lijnen). De codes van de vangstplaatsen worden verklaard in Tabel 1. het aantal allelen zelfs gehalveerd: ter hoogte van watermolen z2 treffen we gemiddeld negen allelen aan, ter hoogte van staalnamepunt z13 slechts vier. De sterkste afname merken we ter hoogte van watermolen z5, z7, z8 en z9. Ook in de meer stroomopwaartse beekjes, met name tussen z5 en z6 en tussen z10 en z14 nemen we een sterke terugval van het aantal allelen waar. Op deze delen van het bekken staan geen watermolens, maar treffen we verschillende andere migratieknelpunten aan, zoals dammetjes en stuwen (zie figuur 2). In figuur 5 wordt de invloed van elk van de acht molens getoond door telkens de stroomopwaartse populatie rechtstreeks te vergelijken met de stroomafwaartse populatie. Zowel voor het aantal allelen als voor het percentage immigratie zien we dat er voor de meeste molens een daling is in de stroomopwaartse populatie. Tabel 1 toont dat de genetische erosie (of de percentuele daling van het aantal allelen) tot meer dan 10% kan bedragen en het hoogst is voor watermolens z5, z7, z8 en z9 (zoals bleek uit figuur 4). De percentuele immigratievermindering loopt op tot meer dan 50%, en is het hoogst voor watermolens z7, z8, z9 en z15. Conclusies Uit ons onderzoek komt naar voren dat de watermolens wel degelijk genetische verschuivingen veroorzaken. Vanuit wetenschappelijk oogpunt blijkt duidelijk dat watermolens na een paar honderd jaar de genetische variatie in de stroomopwaartse populatie met meer dan tien procent kunnen doen afnemen. De verklaring is eenvoudig: de watermolens laten geen of weinig stroomopwaartse migratie toe, waardoor er geen aanvoer is van nieuwe genetische variatie. Daardoor is de genetische variatie in de stroomopwaartse populatie gedoemd om langzaam weg te kwijnen. Stel dat een stekelbaars een zeldzame variant heeft van een bepaald gen, en deze vis krijgt geen nakomelingen of zwemt stroomafwaarts, dan verdwijnt deze zeldzame variant voorgoed uit de populatie. Dit proces wordt genetische drift genoemd. Wat zijn de mogelijke nadelige gevolgen van dit proces? Als de genetische variatie blijft verminderen, dan kan dit uiteindelijk leiden tot inteelt. Inteelt slaat op de kans dat nauw verwante individuen met elkaar kruisen. Daardoor kan de weerstand tegen vervuiling, ziekte en andere bedreigingen achteruit gaan. Nu zijn stekelbaarsjes zelf redelijk robuuste vissen, maar natuurlijk komen er in de Zwalm nog meer dan 20 andere vissoorten voor die minder bestand zijn tegen ziekte en milieuschommelingen. In de bovenlopen van de Zwalm zit er bijvoorbeeld nog een belangrijke populatie rivierdonderpadden, die in de rest van Vlaanderen zeldzaam of verdwe-

5 nen zijn. Deze populatie lijkt het voorlopig goed te doen, maar is door inteelt kwetsbaar. Aanbevelingen Het is niet de bedoeling van deze studie om een of andere watermolen in de Zwalm met de vinger te wijzen. Wel moet er iets gebeuren aan het cumulatieve effect van de watermolens en alle andere migratiebarrières, want samen zorgen deze voor een vermindering van de genetische variatie met meer dan 50%. Goed uitgedachte vistrappen bieden een goede oplossing; mits overleg met de moleneigenaar zullen ze de goede werking van de molen niet in de weg staan. Met de aanleg van vier nieuwe vistrappen (zie tabel 1) en zijn goede waterkwaliteit is de Zwalm bovendien een voorbeeld voor de rest van Vlaanderen. Onze studie leidt tot een aantal verrassende inzichten, die het herstel van de leefbaarheid van de Zwalm nog kan bespoedigen: 1) Als we spreken over de mogelijk nadelige gevolgen van de watermolens op lange termijn, dan zien we dat vooral de watermolens in de bovenloop in het oog moeten worden gehouden (z5, z7, z8 en z9). Daar zijn de populaties immers duidelijk kleiner en kwetsbaarder. Verrassend genoeg veroorzaken de oudste molens (z2 en z4) die stroomafwaarts gelegen zijn minder genetische verschuivingen dan de meer stroomopwaarts gelegen, jongere molens. 2) Watermolen z9 is de Boembekemolen, waar al sinds 1995 een vistrap aanwezig is (zie tabel 1). Nochtans tonen onze resultaten dat deze vistrap de verbinding niet hersteld heeft. Andere studies hebben gesuggereerd dat de vistrap slecht is aangelegd. Een goede vistrap ter hoogte van de Boembekemolen maakt bovendien meer dan 54 km stroomopwaartse rivier opnieuw toegankelijk! 3) Watermolen z5 is de Temsche Molen (zie figuur 1), die intussen werd afgebroken. Een verval van 1 meter verhindert echter nog steeds alle vismigratie. De provincie Oost-Vlaanderen werkt intussen aan een oplossing, rekening houdend met de historische waarde van deze site. 4) De bovenlopen van het Zwalmbekken herbergen vele kleine migratiebarrières die geen historische waarde hebben. Er zou moeten bekeken worden welke van deze migratiebarrières werkelijk cruciaal zijn voor het bekkenbeheer. Andere constructies worden best verwijderd of aangepast. Watermolens versus natuur - een belangenconflict? Voor wie met een schepnet in het water vist, is het niet moeilijk te ontdekken dat watermolens het waterleven verstoren. Wereldwijd tonen studies aan dat watermolens en andere migratiebarrières, naast de waterkwaliteit, een nefaste invloed hebben op de groei, weerbaarheid en overleving van vissen. In Vlaanderen is het hoopgevend dat meer en meer afvalwater gezuiverd wordt vooraleer het in de beken en rivieren belandt. Op lange termijn betekent dus niet de waterkwaliteit, maar wel de versnippering van onze waterlopen door honderden migratiebarrières, de belangrijkste hinderpaal voor het herstel van de visstand. Beken en rivieren zijn kwetsbare ecosystemen en hebben door de eeuwen heen veel aan natuurwaarde moeten inboeten. Watermolens zijn de laatste getuigen van deze periode, die natuurlijk geleid heeft tot welvaart en economische groei. Uiteraard moeten deze monumenten behouden blijven. Molenaars, 31 Figuur 5. Aantal allelen (A) en percentage immigratie (B) in populaties van de driedoornige stekelbaars aan weerskanten van acht watermolens in het Zwalmbekken.

6 32 natuurliefhebbers, bekkenbeheerders, en beleidvoerders hebben allemaal baat bij constructief overleg, en de wetenschap poogt dit overleg af en toe een duwtje in de rug te geven. Als er ooit terug een populatie zalm of fint langs de molens van de Zwalm trekt, dan zal het een gemeenschappelijke verdienste zijn. Dankbetuiging Met dank aan Griet Deconinck, Bart Hellemans en Maarten Stevens voor hulp bij het veldwerk, en Sarah Geldof voor de genetische analyses in het laboratorium. Dries Raeymaekers, Filip Volckaert, Itsuro Koizumi, Gregory Maes, Luisa Orsini, Dirk Schaerlaekens, Dirk Lamberts, David Buysse en Diederik Malfroid droegen hun steentje bij met vele suggesties. Alain Goublomme, Walter Van den Branden, Rita Baele en Frency Uytterhaeghen bezorgden historische informatie over de watermolens. Dit onderzoek werd gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek Vlaanderen (project G ) en de K.U.Leuven. Meer lezen? Buysse, D., Baeyens, R., Martens, S., & Coeck, J. (2007) Evaluatie van de visnevengeul langs de Ter Biestmolen in de Zwalm in Nederzwalm. Rapporten van het Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek 2007 (INBO.R ). Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek, Brussel. Buysse, D. & Coeck, J., Vismigratie en watermolens in Vlaanderen (Vlaamse Molens lente 2008). Maes, J., Stevens, M., & Breine, J. (2008) Poor water quality constrains the distribution and movements of twaite shad Alosa fallax fallax (Lacepede, 1803) in the watershed of River Scheldt. Hydrobiologia, 602, Monden, S. (2007). Vismigratie en het oplossen van vismigratieknelpunten. Water, 28. Monden, S., Van Liefferinge, C., Vandenauweele, I., Simoens, I., Beyens, J., Denayer, B., Yseboodt, R., Meire, P., & De Charleroy, D. (2004) Databank vismigratieknelpunten op prioritaire waterlopen in het Vlaamse gewest. IBW-UIA databank, Raeymaekers, J.A.M., Maes, G. E., Geldof, S., Hontis, I., Nackaerts, K., & Volckaert, F. A. M. (2007) Zwemmend DNA: genmigratie als graadmeter voor de impact van migratieknelpunten op riviervissen. Water, 29, Raeymaekers, J.A.M., Maes, G. E., Geldof, S., Hontis, I., Nackaerts, K., & Volckaert, F. A. M. (2008) Modeling genetic connectivity in sticklebacks as a guideline for river restoration. Evolutionary Applications, 1, Raeymaekers, J.A.M., Raeymaekers, D., Koizumi, I., Geldof, S. & Volckaert F.A.M. (2009) Guidelines for restoring connectivity around water mills: a population genetic approach to the management of riverine fish. Journal of Applied Ecology, 46, Contact Dr. Joost Raeymaekers, Katholieke Universiteit Leuven, Laboratium voor Diversiteit en Systematiek van Dieren, Ch. Deberiotstraat 32, B-3000 Leuven, België; joost. raeymaekers@bio.kuleuven.be Kort... ~ Geschiedenis van de houten korenwindmolen (voor ) en van de stenen koren- en oliewindmolen ( ) te Burst door Georges L. Souffreau In het jaar 1858 werd door burgemeester Charles Dooreman te Burst een nieuwe stenen koren- en oliewindmolen gebouwd op de Bremtkouter. Het was een grote stenen windmolen met gaanderij, vier zolders en drie steenkoppels. Op de benedenverdieping bevond zich een olieslagerij met pletterstenen en een slagbank. Deze windmolen was de opvolger van een houten voorganger die in 1857 was afgebrand. Deze houten windmolen stond gedurende eeuwen te Burst op het Meulenveld en, dat weten we nu, brandde twee keer af. Een eerste vermelding van een windmolen te Burst dateert pas uit 1571 en het is voornamelijk na 1700 dat we meer over molen, eigenaars en pachters te weten komen. Tijdens onze opzoekingen vonden we eveneens sporen van een watermolen te Burst. De stenen windmolen werd, na in 1959 te zijn ontmanteld, nog een tijdlang gebruikt als maalderij, tot de romp in 1970 werd afgebroken. Het boek telt 64 blz. en er zijn een aantal zwart-witfoto s in opgenomen. De prijs ervan bedraagt 6,00. Het boek kan worden besteld bij Georges L. Souffreau, Bosstraat 30, B-9550 Woubrechtegem ( ; gsouffreau@telenet.be). Bank: (IBAN BE BIC SPAABE22) Port binnenland: 2,95 Nederlanders kunnen bestellen bij de Stichting Levende Molens in Roosendaal.