Elektrische bacteriën beschermen kustgebieden tegen giframp

Ocean

Wanneer zuurstof daalt in het water van kustgebieden, kan sulfide ontsnappen uit de zeebodem, een chemische stof die zeer toxisch is voor het leven in zee. Gelukkig komt dit zelden voor, maar tot nu toe was onduidelijk waarom. Onderzoekers van het NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, de Universiteit Utrecht en de Vrije Universiteit Brussel hebben in het Grevelingenmeer (Zeeland) ontdekt dat elektriciteit-producerende bacteriën als barrière optreden door er voor te zorgen dat sulfide niet ontsnapt uit het sediment. Deze ontdekking is belangrijk voor het wapenen van kustecosystemen tegen de gevolgen van klimaatverandering.

Waarom zijn deze giframpen zo zeldzaam?

Het is al lang bekend dat onder de juiste omstandigheden in de zomer, het diepere water van kustgebieden zich kan omvormen tot een chemische nachtmerrie. Bij de zeebodem verdwijnt dan zuurstof uit het water en tegelijkertijd stapelt sulfidegas zich op in het sediment. Sulfide is een chemische stof die ruikt naar rotte eieren en die zeer toxisch is voor het leven in zee. De situatie wordt echt rampzalig voor het ecosysteem wanneer deze sulfide ontsnapt uit de zeebodem en opgewerveld wordt in het bovenliggende water. Zulke sulfide uitbarstingen zijn slechts bekend van een aantal plekken in de wereld, zoals voor de kust van Namibië, waarbij complete cohorten van kreeften de zee uitvluchten en redding zoeken op het strand om te ontsnappen aan het giftige gas.  ‘Gelukkig komt dit zeer zelden voor, want wanneer sulfide ontsnapt uit de zeebodem is dit steeds een catastrofe voor het lokale ecosysteem en de bijhorende visserij,’ legt prof. dr. ir. Filip Meysman uit, hoofd van het onderzoeksteam. ‘Tot nu toe begrepen we niet waarom er zo weinig sulfide ontsnapt. Het is goed om te weten dat het niet veel gebeurd, maar het is nog beter om te weten waarom  niet. Onze studie toont aan dat een natuurlijk proces het sulfide verhindert om te ontsnappen uit de zeebodem.’

Gered door elektriciteit

De wetenschappers ontrafelden het mechanisme in het Grevelingenmeer, een zout meer in Zeeland dat in verbinding staat met de Noordzee en waar elke zomer het diepere water zuurstofloos wordt. Dorina Seitaj, promovendus en eerste auteur van de publicatie, legt uit: ‘In 2012 zijn we elke maand uitgevaren met ons onderzoeksschip en hebben we een zeer gedetailleerde studie uitgevoerd van de chemie en microbiologie in de sedimenten van het Grevelingenmeer.’ legt. ‘Het was een echte verrassing dat we ontdekten dat in de lente de zeebodem werd gekoloniseerd door lange, draadvormige bacteriën die elektriciteit produceren en geleiden. Deze zogenaamde kabelbacteriën zijn recent ontdekt en zijn in staat om een elektrische stroom te geleiden over een afstand van centimeters.’ Door hun elektrische manier van ademhalen zorgen kabelbacteriën ervoor dat een grote hoeveelheid ijzer wordt gemobiliseerd in de zeebodem. Dit opgeloste ijzer migreert vervolgens naar boven en slaat neer als een oranje laag nabij het oppervlak van het sediment. Fatimah Sulu-Gambari, verantwoordelijk voor de sediment geochemie in het project, legt nader uit: ‘IJzer heeft een zeer sterke bindingcapaciteit voor sulfide. De ijzerlaag die door de kabelbacteriën is aangemaakt verzegelt als het ware het sediment, zodat de sulfide niet naar het bovenliggende water kan. Sulfide wordt dus in grote hoeveelheden aangemaakt in de zeebodem, maar kan niet ontsnappen, waardoor een toxische ramp voorkomen wordt.’

Wereldwijd effect

De laatste vijf jaar heeft het onderzoeksteam regelmatig onderzoek uitgevoerd in het Grevelingenmeer en daarbij werd duidelijk dat elektriciteit-producerende kabelbacteriën elke lente terugkeren. Dit is zeer goed nieuws voor de lokale oesterkwekers in het Grevelingenmeer, omdat dit de kans sterk verkleint dat dieper sulfiderijk water opborrelt in de zomer en zo massale sterfte veroorzaakt in de ondiep gelegen oesterbedden. Het onderzoeksteam heeft onlangs ook aangetoond dat kabelbacteriën in kustsystemen overal ter wereld voorkomen. Het barrière mechanisme komt dus waarschijnlijk ook voor in vele andere gebieden die te maken hebben met zuurstofgebrek. Dit is zeer belangrijk aangezien het aantal meldingen van zuurstofloosheid in kustgebieden sterk toeneemt. Deze trend is gelinkt aan een verhoogde afvoer van voedingsstoffen via rivieren en warmer zeewater onder invloed van klimaatverandering.

Links: Een van de onderzoekers toont de bodemkern. Rechts: detail van de bodemkern. Het zwarte gedeelte bevat sulfide.

Publicatie

D. Seitaj, R. Schauer, F. Sulu-Gambari, S. Hidalgo-Martinez, S.Y. Malkin, L.D.W. Burdorf, C.P. Slomp, and F.J.R. Meysman. Cable bacteria generate a firewall against euxinia in seasonally hypoxic basins. Proc. Nat. Acad. Sci.– USA. doi: 10.1073/pnas.1510152112

Open access: http://www.pnas.org/content/early/2015/10/06/1510152112.full.pdf

Het onderzoeksteam bestaat uit

Departement Ecosysteem Studies, NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee.
Departement Aardwetenschappen, Faculteit Geowetenschappen, Universiteit Utrecht.
Departement voor Analytische, Milieu en Geo-chemie (AMGC), Vrije Universiteit Brussel (VUB).
Center for Microbiology, Department of Bioscience, Aarhus University, Denmark

Het onderzoek werd uitgevoerd met steun van het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO), de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de European Research Council (ERC).

Voor inhoudelijke informatie:

Voor overige vragen:

Faculteit Geowetenschappen: een duurzame Aarde voor toekomstige generaties