Ingezonden persbericht
Persbericht, 30 september 2003 - Nature embargo tot 1 oktober 19.00 uur
Temperatuur bepaalt soort stikstofbinder: 'dikke kraal' verliest concurrentie in tropische oceaan
YERSEKE - Eindelijk is een oceaan-vraagstuk uit de jaren zeventig van de vorige eeuw opgelost. In de tropische oceanen ontbreken stikstofbindende bacteriën die elders veel voorkomen. De hoge temperaturen blijken soorten te bevoordelen met een andere oplossing voor het veeleisende binden van stikstofgas. Drie biologen van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) doen dit uit de doeken in het wetenschappelijke tijdschrift Nature van donderdag 2 oktober. Het binden van stikstofgas uit de lucht is essentieel voor veel leven in zee.
"Natuurkundige factoren verklaren hier het voorkomen van soorten met ieder hun eigen biologische mechanisme," vat Marc Staal de resultaten samen. Samen met zijn collega's Filip Meysman en Lucas Stal van het Nederlands Instituut voor Ecologie lukte het hem om vast te stellen dat de hoge temperaturen (en het zout) in de tropische oceanen de dominantie van één type stikstofbinders veroorzaakt, terwijl ze elders niet te vinden zijn.
Een tekort aan stikstof beperkt de groei van algen in grote delen van de oceaan - en daarmee de voedselbron voor het dierlijk leven. Het binden van stikstofgas uit de lucht kan dit probleem oplossen, maar dit is een lastig proces. Miljarden jaren geleden zijn cyanobacteriën (ook wel blauwalgen) stikstofgas gaan opnemen en vastleggen. Staal: "Dat stikstof binden verslindt energie. Deze energie komt uit het zonlicht dat de cyano's ook opnemen; maar een groot probleem is de zuurstof die daarbij vrijkomt. Het enzym dat stikstof bindt, kan namelijk absoluut niet tegen zuurstof." Cyanobacteriën hebben daar een aantal 'zuurstofloze' oplossingen voor gevonden.
De oplossing die voorkomt in het IJsselmeer en andere zoetwatermeren of in brakke wateren zoals de Oostzee is de 'heterocyst'. Dit is misschien wel de oudste specialisatie van cellen op Aarde. Een heterocyst houdt als een dikke cel in een kralenketting van 'gewone' zuurstofproducerende cellen het zuurstofgas goeddeels buiten: met een bijna gasdichte laag om de cel. Het vastleggen van stikstof kan zo ongestoord plaatsvinden.
In tropische oceanen (boven de 16 °C) vinden we opvallend genoeg alleen Trichodesmium soorten. Deze cyanobacteriën - die waarschijnlijk met hun kleur de Rode Zee zijn naam bezorgden - hebben een andere aanpak. Bij hogere temperaturen is zo'n heterocyst te onhandig: het stikstofgas zelf komt er namelijk ook moeilijk in. Bovendien is zo'n gasdichte kraal onnodig: als het warmer is, heeft een cel een snellere ademhaling en vangt zo de zuurstof weg. Trichodesmium kan zo zonder dikke wanden veel beter stikstof opnemen. In totaal gaat dit wel om circa 50% van de stikstofvastlegging ter wereld.
De temperatuur van het water en het zoutgehalte bepalen het succes van een strategie. Beide hebben effect op de snelheid waarmee zuurstof en stikstof 'binnenkomen' in de cel. De heterocyst delft het onderspit in de tropenzee.
De nieuwe inzichten maken het mogelijk om voorspellingen te doen over de verspreiding van blauwalgen. Als de temperatuur op Aarde stijgt, dan kan de blauwalg Trichodesmium zich waarschijnlijk uitbreiden over een veel groter gebied. De oceanen kunnen dan meer stikstof binden, en daaraan gekoppeld meer koolstof (CO2).
Het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) verdiept zich in de ecologie van land, zoet water en brak en zout water. Het Centrum voor Estuariene en Mariene Ecologie in Yerseke (Zld.) bestudeert het leven in de zee en in estuaria. Dit centrum is voortgekomen uit het Delta Instituut voor Hydrobiologisch Onderzoek, dat in 1957 werd gesticht om de ecologische effecten van het Delta Plan te onderzoeken.
De twee andere NIOO-vestigingen zijn te vinden in Heteren en Nieuwersluis. Het NIOO is met ongeveer 250 medewerkers het grootste onderzoeksinstituut van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW).
Ingezonden persbericht