Een catalogus van het oceaanleven

Na een zeereis van drieënhalf jaar rond de wereld en nog eens twee jaar laboratoriumwerk, brengen wetenschappers de eerste resultaten naar buiten van een gigantisch project. Door kennis te vergaren over plankton proberen ze de toekomst van het oceaanleven te voorspellen.

Nadat hij in 2000 Darwins boek over zijn reis met de Beagle had gelezen, wilde de Franse celbioloog Eric Karsenti van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg niets liever dan ook zo'n avontuurlijke expeditie organiseren. Die droom was het begin van een enorm project waarbij van 2009 tot 2013 tientallen biologen en oceanografen onder leiding van Karsenti aan boord gingen van het 36 meter lange zeilschip Tara.

Samen verzamelden ze 35.000 zeewatermonsters op 210 verschillende plekken rondom de wereld. Doel van de expeditie was de kennis over de evolutie en ecologie van plankton te verbeteren. Want over deze microscopische wezentjes die door de oceanen zwerven, was maar weinig bekend. En dat terwijl ze 80 procent van de eencelligen vertegenwoordigen, de helft van de zuurstof op aarde produceren, een essentiële rol spelen in de klimaatcycli door koolstofopslag en aan de basis staan van onze voedselketen.

Tijdens hun reis namen de wetenschappers monsters met behulp van filters van verschillende maasgroottes. Daarmee konden ze de oceaanorganismen op grootte onderscheiden: virussen van 0,02 micrometer groot tot aan eukaryoten, organismen met kernen in hun cellen zoals eencellige algen, maar ook vislarven van enkele millimeters. Dat deden de wetenschappers in oppervlaktewater en op 2000 meter diepte.

"Het verzamelen van monsters op één plek nam steeds zo'n 60 uur in beslag. Dat maakte het zwaar werk aan boord. Je kon steeds een paar uur slapen en dan was er weer nieuw werk te verrichten", zegt Chris Bowler, wetenschapper bij het Franse Institut de Biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS) aan de telefoon. Bowler was een van de coördinatoren van het 'Tara Oceans'-project en voer zelf zes weken mee. "Wetenschappers zitten normaal bijna altijd in hun lab, maar nu kregen we de kans om het totaal anders aan te pakken. Het was een fantastische ervaring. Maar het leverde ook nachtmerries op: het regelen van alle autorisaties, omgaan met piraten, veranderende weersomstandigheden, het van en op de boot krijgen van samples en nieuwe wetenschappers. Het was lang niet altijd leuk."

Mensendarmen

De vangst van het project is enorm en de eerste details werden deze maand in vijf artikelen in het tijdschrift Science gepresenteerd. Zo analyseerde een groep onderzoekers 243 van de genomen monsters en dat leidde tot een catalogus met meer dan 40 miljoen microbiële genen, afkomstig van meer dan 35.000 soorten virussen, prokaryoten (organismen zonder celkern) en kleine eukaryoten tot 2 micrometer groot. Veruit het merendeel was nog onbekend. Opvallende uitkomst van deze studie is dat het microbioom van de oceaan en dat van onze darmen voor meer dan 73 procent overeenkomen. Beiden bevatten een bijna identieke hoeveelheid genen die DNA-vermeerdering, ionen-transport en beweeglijkheid van de cel regelen. "Dat hadden we echt niet verwacht", zegt Bowler. De oceaan en de menselijke darmen verschillen nogal wat betreft de omgeving. De darmen hebben geen zuurstof, en een stabiele temperatuur. Ondiep oceaanwater bevat wel zuurstof, maar fluctueert juist in temperatuur. "In de darmen kennen we van veel genen de functie, dat komt doordat onze bacteriën een grote rol spelen bij onze gezondheid en we dus veel tijd in het onderzoek steken. Maar van de genen in de oceaan hebben we van meer dan de helft geen idee waar ze voor dienen. Daar ligt nog veel werk voor ons."

Een andere studie dook in de relaties tussen verschillende soorten. "Om iets van het ecosysteem in de oceanen te snappen, moet je echt naar alle organismen kijken. Als je in kaart wil brengen hoe Amsterdam functioneert, kijk je ook niet alleen naar de grachten. Daarom verzamelden we zo ontzettend veel monsters op zoveel verschillende plekken", zegt Bowler. Uit het onderzoek blijkt dat de relatie tussen organismen in 72 procent van de gevallen voor ten minste één van de twee gunstig is. "Hierdoor krijgen we steeds meer het idee dat samenwerking, en niet competitie, de drijvende kracht achter ecosystemen is. Darwin schreef in zijn evolutietheorie dat de sterkste individuen overleven. Maar wij denken dat, in ieder geval in de oceanen, het sterkste systeem overleeft."

Zelfs de allerkleinste soorten blijken vernuftige oplossingen te hebben geëvolueerd, die alleen van grotere organismen bekend waren. "Zo zagen we eencelligen die schelpen om zich heen bouwden om zichzelf te beschermen en zo het systeem in stand te houden. Of stikstof producerende bacteriën die in een cel leven om ze van voedingsstoffen te voorzien en daar bescherming voor terugkrijgen." Een ander voorbeeld zijn planteneters die leven van fytoplankton: plankton dat net als planten zelf zuurstof produceert met behulp van zonlicht. "Deze organismen leggen als het ware een tuintje aan van fytoplankton. Ze eten ervan, maar ze onderhouden het ook goed."

Opwarming

Ook de temperatuur, de zuurtegraad, de diepte en het zuurstofgehalte bepalen de samenstelling van het ecosysteem van de oceaan. Uit een derde onderzoek blijkt dat op dieptes waar zonlicht nog kan komen, temperatuur de belangrijkste factor is die de samenstelling bepaalt. De temperatuur bepaalt welke organismen er kunnen leven. "Dat is een belangrijke ontdekking, want hierdoor weten we dat de opwarming van de aarde voor grote veranderingen in het oceaanleven kan zorgen. Wat voor veranderingen die opwarming al teweeg heeft gebracht, weten we niet, want helaas is dit onderzoek nooit eerder gedaan. Daarom is het goed dat we nu zoveel data hebben verzameld. Als alle analyses gedaan zijn, hebben we een complete catalogus van al het oceaanleven en kunnen we de effecten van klimaatverandering wel bestuderen. Daarnaast kunnen we met de modellen die we hebben gemaakt, voorspellingen doen over wat er gebeurt als water zuurder of warmer wordt of als oceaanstromen veranderen."

De wetenschappers deden ook onderzoek in de zogeheten Agulhas-ringen: grote wervelstromen in het water op de plek waar warm, zouter water uit de Indische Oceaan de koelere Atlantische Oceaan binnenstroomt. Maar weinig planktonsoorten kunnen die krachten overleven. Hierdoor vormen de ringen een soort natuurlijke barrière tussen verschillende soorten.

Alle verkregen data staan open voor andere wetenschappers. "Maar we hebben nog zeker tien jaar nodig om alles te analyseren", zegt Bowler. Hij hoopt meer te ontdekken over het ontstaan en de evolutie van het leven op aarde door de gevonden soorten te bestuderen. Daarnaast wil hij meer leren over hoe de organismen omgaan met veranderende omstandigheden. "De oceaan beschermt ons op zoveel manieren en zorgt voor de gezondheid van de aarde. Het is het belangrijkste ecosysteem dat er is, we moeten weten hoe het werkt om het te kunnen beschermen. Om ervoor te zorgen dat het voor ons kan blijven zorgen."

Kinderen mee aan boord

Bij het aanmeren in vijftig verschillende plaatsen, kregen ruim 250 wetenschappers, journalisten en zeilers uit veertig verschillende landen de kans aan boord te komen. Maar ook mochten meer dan 10.000 kinderen op de boot rondlopen om verhalen te horen over het onderzoek dat met de Tara- expeditie werd gedaan. Voor de Franse celbioloog Karsenti was dat een van de belangrijkste motivaties om aan de expeditie te beginnen. Want, vindt hij, als we niet vertellen over wat we doen, waar doen we het dan voor?

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden