Op de lijst met wetenschappelijke hulpmiddelen die ons helpen gezondheid, evolutie of het milieu te begrijpen, komt de Trinidadiaanse guppy niet vaak voor de geest.

De vissen worden in de VS vaker gezien als aquariumhuisdieren en in hun geboorteland Trinidad zijn wilde guppy's zo alomtegenwoordig dat ze bijna als vanzelfsprekend worden beschouwd.

"In Trinidad worden ze drainvissen genoemd en de lokale bevolking zou ons vragen:'Waarom studeer je drainvissen?'", zegt Sarah Fitzpatrick, een assistent-professor aan de afdeling Integratieve Biologie van de Michigan State University.

"Guppy's in Trinidad zijn een beetje zoals eekhoorns in Michigan", zegt Sarah Evans, universitair hoofddocent en departementale collega van Fitzpatrick aan het College of Natural Science.

Maar dankzij een unieke combinatie van biologie en ecologie geven de guppy's onderzoekers al decennia lang inzicht in de evolutie. Evans en Fitzpatrick hebben die inzichten een stap verder gebracht en laten zien dat de guppy's het potentieel hebben om grote vragen te onderzoeken over hoe microben die in gastheerorganismen leven, bijdragen aan gezondheid, overleving en kwaliteit van leven.

Een onderzoeksteam onder leiding van de Spartanen, die allebei in het W.K. Kellogg Biological Station, publiceerde de resultaten op 25 mei in het tijdschrift Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .

Naarmate wetenschappers meer leren over het darmmicrobioom - de verzameling microben die in het spijsverteringskanaal van een gastheerorganisme leven - wordt het steeds duidelijker dat het een belangrijke rol speelt in het welzijn van zijn gastheer. In feite is de menselijke gezondheid nauw verbonden met ons darmmicrobioom.

Evans en Fitzpatrick zijn geïnteresseerd in enkele van de grote vragen van de biologie en wilden beter begrijpen hoe microbiomen veranderen naarmate organismen evolueren.

"Omdat het microbioom de conditie beïnvloedt - de gezondheid en reproductie van een organisme - kan het de evolutie beïnvloeden", zegt Evans, een kernfaculteitslid van MSU's Ecology, Evolution and Behavior Program, of EEB.

De natuur zit vol met interessante voorbeelden hiervan, waaronder termieten. Langs hun evolutionaire pad pasten termieten zich aan om populaties eencellige eencellige protozoën in hun ingewanden te verwelkomen, waardoor ze hout kunnen verteren.

Reuzenpanda's geven een ander voorbeeld. Dieet heeft invloed op het microbioom en panda's eten alleen bladeren. Toch kunnen de microbiomen van panda's meer lijken op die van hun vleesetende verwanten dan sommige van hun plantenetende verwanten. Dat komt waarschijnlijk door de vorm en grootte van de darm van de panda zelf, die is geëvolueerd van een vleesetende voorouder.

Evans en Fitzpatrick wilden beter onderzoeken wat de grootste aanjagers zijn van microbiomen naarmate gastheerorganismen evolueren. Het kunnen zaken zijn als darmvorm, dieet of kenmerken van een nieuwe omgeving, die waarschijnlijk microben bevat die vreemd zijn aan de gastheer. De onderzoekers wisten dat guppy's een vin konden lenen uit hun unieke 'natuurlijke laboratorium'.

"Trinidad is een continentaal eiland", zegt Fitzpatrick, die ook een kernfaculteitslid is van het EEB-programma en de coördinator van het Molecular Ecology and Genomics Lab op het Kellogg Biological Station. "Het is lang geleden afgesplitst van Zuid-Amerika. Het heeft eigenlijk een voortzetting van het noordelijkste deel van het Andesgebergte."

Rivieren en beken stromen in onafhankelijke systemen door de bergen van Trinidad. Binnen elk watersysteem zijn onafhankelijke ecosystemen van guppy's die van nature niet ver van huis afdwalen.

In de jaren vijftig realiseerden evolutieonderzoekers zich dat ze guppy's konden nemen uit het ene ecosysteem waar de vissen veel natuurlijke roofdieren hadden en ze in een ander konden plaatsen waar dat niet het geval was. Na verloop van tijd zouden de genen en eigenschappen van de vissen zich aanpassen aan de inheemse populaties in die omgevingen met weinig roofdieren. Evenzo zouden vissen die worden overgebracht van locaties met weinig predatie, zich aanpassen wanneer ze worden overgebracht naar stromen met een groot aantal roofdieren.

"En het is herhaalbaar. Ze evolueren bijna elke keer op veel van dezelfde manieren," zei Evans. "Daarom staat dit systeem in schoolboeken."

"Aangezien we weten dat guppy's heel snel op parallelle manieren evolueren, kunnen we ons afvragen hoe het microbioom verandert als guppy's evolueren," zei Fitzpatrick.

Evans en Fitzpatrick keerden terug naar dezelfde locaties waar wetenschappers de evolutie van guppy's bestudeerden om in plaats daarvan het microbioom van inheemse vissen en getransplanteerde populaties te bemonsteren. Ze gingen naar meer dan een dozijn verschillende locaties en bemonsterden vislijnen die pas vijf jaar geleden waren getransplanteerd en andere die dichter bij 60 jaar geleden waren verplaatst.

In samenwerking met Braziliaanse experts van de Staatsuniversiteit van Rio de Janeiro ontdekten Evans en Fitzpatrick dat het microbioom van de guppy's veel sneller veranderde als reactie op hun omgeving dan hun genen en fysieke eigenschappen. De vorm van guppy-ingewanden, die bepalen welke soorten microben daar overleven, veranderde ook sneller dan verwacht.

Maar in tegenstelling tot de genen en eigenschappen van getransplanteerde afstammelingen van vissen, kwamen hun darmmicrobepopulaties niet overeen met die in de vissen die in een bepaalde omgeving voorkomen. Ondanks de mismatch was de functie van de microbiomen echter vergelijkbaar. Dat wil zeggen, getransplanteerde vislijnen hadden verschillende microben die in wezen hetzelfde deden als inheemse.

Evans en Fitzpatrick kwamen jaren geleden op het idee voor deze studie, toen ze allebei postdoctoraal onderzoekers waren. Het was een spontaan idee, maar wel een die de krachten zou combineren van Evans, een expert in microbiologie, en Fitzpatrick, een expert in evolutionaire ecologie.

"Dit is het opwindende aan interdisciplinaire samenwerkingen, het samenvoegen van ideeën en expertise," zei Fitzpatrick. "Dan opent dat nieuwe en interessante vragen."

De twee gingen in 2014 naar Trinidad om monsters te verzamelen en dat was destijds een nevenproject. Sindsdien zijn ze hun eigen onderzoekslaboratoria begonnen bij MSU, waardoor het lastig was om tijd te vinden om het project te voltooien - een uitdaging die tijdens de COVID-19-pandemie nog groter werd.

Nu hebben ze het onderzoek gepubliceerd in een speciale uitgave van Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences , die het werk toont van degenen die door het coronavirus zijn getroffen, met name vrouwen en verzorgers.

"We waren erg blij om deze speciale uitgave te ondersteunen", zei Fitzpatrick. "Drie van de vier auteurs zijn vrouwen met kinderen."

Hoewel het een speciale uitgave was, onderging het onderzoek vóór publicatie de typische, strenge collegiale toetsing. En de onderzoekers hoorden enkele van de typische kritieken van een onderzoek als dit.

Voor sommige recensenten is het guppy-systeem te rommelig; het geeft onderzoekers niet genoeg controle die ze zouden hebben met laboratoriumexperimenten. Voor anderen is het niet rommelig genoeg. Met de unieke ecologie van de guppy's vragen ze zich af hoe op grote schaal guppy-afgeleide bevindingen in de natuur kunnen worden toegepast. Maar een andere manier om ernaar te kijken is dat geen enkele studie perfect is en dat guppy's perfectie niet de vijand van het goede laten worden.

"We denken dat we ons op een goede plek bevinden - een natuurlijk laboratorium," zei Evans. "Er zit kracht in om dat ertussenin te hebben."