Mandible shape reflects ecotypic divergence and population dynamics in an Arctic carnivore: the case of the Icelandic Arctic fox

Stel je het dierenrijk voor als een enorme, drukke bouwplaats waar elke creatuur voortdurend zijn eigen lichaam aan het verbouwen is om bij zijn taak te passen. In deze werkplaats zijn de gereedschappen botten, en de belangrijkste gereedschappen voor vleeseters zijn hun kaken. Beschouw een kaakbeen niet alleen als een statisch stuk hard calcium, maar als een flexibele machine die subtiel van vorm kan veranderen afhankelijk van wat het dier moet kauwen. Dit studieveld wordt morfometrie genoemd, wat in feite de wetenschap is van het meten van vormen om te zien hoe ze veranderen. Wanneer wetenschappers naar deze vormen kijken, proberen ze een grote vraag te beantwoorden: is de vorm van een bot geschreven in het DNA van het dier als een vast blauwdruk, of is het meer als klei die wordt gevormd door de omgeving en het voedsel dat het dier tijdens het opgroeien eet? Het begrijpen hiervan is belangrijk omdat het ons vertelt hoe snel dieren kunnen zich aanpassen wanneer hun wereld verandert. Als de kaak van een roofdier zichzelf kan hervormen op basis van de vraag of hij vis of vogels eet, betekent dit dat het dier ongelooflijk flexibel is en klaar voor alles wat de natuur erop loslaat.

Stel je nu de poolvos in IJsland voor. Dit zijn niet zomaft gewone vossen; het zijn de enige toppredatoren op het eiland, levend in een wereld zonder hun gebruikelijke rivalen, de rode vos. Decennialang hebben wetenschappers geweten dat deze vossen uiteenvallen in twee verschillende levensstijlen: de "kustvossen" die rond de zee hangen om zeevogels en vis te eten, en de "binnenlandse" vossen die de grasheuvels afstruinen om vogels zoals sneeuwhoenders en ganzen te eten. Het is alsof er twee verschillende restaurants in dezelfde stad zijn: de één serveert een zware, knapperige zeevruchtenplatter, en de ander een lichtere, landgebonden menukaart. Het grote mysterie was of deze verschillende diëten daadwerkelijk de kaakbeenderen van de vossen veranderden, en zo ja, of die veranderingen plaatsvonden vanwege hun genen of door het voedsel dat ze tijdens het opgroeien aten.

Dit artikel duikt diep in de kaakbeenderen van 348 IJslandse poolvossen die over een periode van veertig jaar zijn verzameld, van 1979 tot 2018. De onderzoekers behandelden de kaakbeenderen als puzzelstukjes en gebruikten een geavanceerde digitale techniek genaamd "elliptische Fourier-analyse" om de omtrek van elk bot te traceren en die vorm vervolgens om te zetten in een reeks wiskundige getallen. Ze vergeleken vossen uit drie verschillende regio's: de Westfjord (kust), het Oosten en het Zuiden (beiden binnenlands). Ze keken ook naar de leeftijd van de vossen (jong versus volwassen) en hoeveel vossen er in hetzelfde jaar werden geboren, wat dient als een proxy voor hoe druk en competitief de omgeving was.

De resultaten onthulden een duidelijke splitsing in de kaakvormen, net als de splitsing in hun levensstijl. De kustvossen uit de Westfjord hadden kaakbeenderen die er duidelijk anders uitzagen dan die van de binnenlandse vossen. Specifiek had het deel van de kaak waar de spieren aanhechten (de ramus) een bredere hoek bij de kustvossen. Je kunt je voorstellen dat de kustvossen een kaakhingst hebben die wijder opent, misschien om grotere, taaiere prooien zoals grote zeevogels of gestrande karkassen aan te kunnen, terwijl de binnenlandse vossen een iets andere scharnier hebben die geschikt is voor hun kleinere, landgebonden maaltijden. De studie vond dat als je probeerde te raden of een vos een kustvos of een binnenlandse vos was door alleen naar de kaakvorm te kijken, je in 85% van de gevallen gelijk zou hebben. Dit bevestigt dat de twee groepen morfologisch verschillend zijn, wat het idee ondersteunt dat hun verschillende diëten hun gereedschap hebben gevormd.

Maar hier wordt het echt interessant. De onderzoekers wilden weten of deze verschillen puur genetisch waren (zo geboren) of dat ze "plastisch" waren (gevormd door levenservaringen). Ze ontdekten dat de verschillen in kaakvorm tussen de kust- en binnenlandse vossen aanwezig waren in zowel jonge als volwassen vossen, wat betekent dat de omvang van het verschil tussen de groepen niet significant toenam naarmate de vossen ouder werden. Echter, de studie onthulde ook een verrassende wending met betrekking tot de populatiedichtheid. Wanneer de onderzoekers keken naar hoeveel vossen er in een bepaald jaar werden geboren, ontdekten ze dat volwassen vossen in jaren met hoge populatieaantallen een licht andere kaakvorm hadden vergeleken met jaren met minder vossen. Dit effect was het sterkst in de kustregio Westfjord en het Zuiden, maar was volledig afwezig in het Oosten en, cruciaal, bij de jonge vossen.

De studie suggereert dat wanneer er te veel vossen concurreren om voedsel, de druk de manier waarop hun kaken zich ontwikkelen tijdens het opgroeien verandert. Het is alsoof het "drukke restaurant" de vossen dwingt om hun kauwmachines aan te passen om te overleven. Interessant genoeg werd dit dichtheidseffect alleen bij volwassenen gevonden; het was niet alleen zwakker bij juvenielen, maar volledig afwezig. Dit impliceert dat de omstandigheden die een vos in een vroeg stadium van zijn leven ervaart, door kunnen werken en de volwassen lichaamsvorm van de vos kan veranderen, maar dat deze veranderingen de kust- en binnenlandse groepen niet noodzakelijkerwijs meer van elkaar verschillend maken naarmate ze ouder worden. De auteurs merken er voorzichtig bij op dat zij niet precies kunnen bewijzen hoe dit gebeurt — of het nu een genetische verandering over generaties heen is of een flexibele reactie op voedseltekort — maar de gegevens suggereren sterk dat zowel de "ecotype" van de vos (kust versus binnenland) als de populatiedruk die hij tijdens de ontwikkeling ervaart, een rol spelen bij het vormen van zijn kaak.

Kortom, deze studie laat zien dat de kaak van de poolvos een dynamisch instrument is. Het is niet alleen een star bot; het is een structuur die de levensstijl van de vos en de drukte van zijn wereld weerspiegelt. De kustvossen hebben een kaakvorm ontwikkeld (of aangepast) die geschikt is voor de zee, terwijl de binnenlandse vossen een vorm hebben voor het land. Bovendien kan het aantal vossen dat er rondhangt, de vorm van hun kaken een zetje geven, wat bewijst dat deze dieren voortdurend hun fysieke vorm aanpassen om te voldoen aan de uitdagingen van hun omgeving.