Weekend van de Wetenschap 2019
Het NIOO-KNAW is deelnemer van het Weekend van de Wetenschap. Het Weekend van de Wetenschap is het podium van de toekomst. Diverse organisaties – bedrijven, instituten, onderzoeksinstellingen, universiteiten, musea en sterrenwachten – openen op 5 en 6 oktober 2019 hun deuren om bezoekers van jong tot oud de kans te geven de wereld van wetenschap en technologie live te beleven. Zij organiseren unieke en exclusieve activiteiten, zoals proefjes, experimenten, demonstraties, open dagen, tentoonstellingen en meer. Iedereen is welkom om backstage te gaan bij de deelnemende organisaties. Kijk hier voor alle activiteiten tijdens het Weekend van de Wetenschap.
Op een grauwe dag reis ik af naar Wageningen. Onderweg is het zicht door de hevige regen af en toe zo slecht dat ik overweeg de auto langs de kant te zetten. Dit soort hoosbuien komen door een veranderend klimaat steeds vaker voor in Nederland. Dat is niet alleen lastig voor automobilisten, maar heeft ook effect op de natuur. Op mijn bestemming, het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), wordt hier onderzoek naar gedaan.
Systemen verstoren
“Extreme neerslag zorgt, met name in een stedelijke omgeving, voor een druk op het rioolsysteem”, vertelt aquatisch ecoloog Lisette de Senerpont Domis als ik in Wageningen ben aangekomen. “Het gevolg is dat het riool soms direct overloopt in oppervlaktewater. Het oppervlaktewater wordt daardoor belast met afvalstoffen, zoals voedingsstoffen of menselijke ziekteverwekkers. Dit kan leiden tot algenbloei en de daarbij behorende zuurstofloosheid en vertroebeling van het water.”
De Senerpont Domis onderzoekt wat dit soort verstoringen doen met een ecosysteem. Ze neemt me mee naar een ruimte met tientallen kleine bakken. Die zijn op dit moment leeg, maar bij de start van een nieuwe studie worden ze gevuld met oppervlaktewater, afkomstig uit de omgeving van het instituut. In dit water leven allerlei soorten zoals kroos, raderdiertjes (zoöplankton), algen (fytoplankton), larven van muggen of libellen en soms zelfs kikkers of stekelbaarsjes.
Algen vormen de basis van de voedselketen in aquatische systemen en zijn daarom een goede graadmeter voor waterkwaliteit. “We hebben recent een experiment gedaan waarbij we waterstofperoxide aan het water toevoegden. Dat komt van nature niet zomaar in water terecht, maar veroorzaakt wel een grote verstoring in het systeem. We bekeken vervolgens hoe lang het duurt voordat er weer algen gaan groeien. Daarnaast wilden we graag weten hoe een systeem reageert op een aantal verstoringen achter elkaar. Gaat het herstel dan bijvoorbeeld steeds langzamer?”
Herstelmaatregelen
Dit experiment is onderdeel van een grotere studie die tegelijkertijd loopt in Nederland en in Spanje. Nederland heeft de laatste jaren in toenemende mate te maken met perioden van droogte en perioden met heftige neerslag. In Spanje is vooral aanhoudende droogte een probleem. “We verwachten dat zulke verstoringen een schop geven tegen ecosystemen en dat die effecten zich ook kunnen opstapelen”, stelt De Senerpont Domis. “Dan is de vraag of herstelmaatregelen die we nu nemen ook voldoende zullen zijn in de toekomst.”
Het binden van fosfaat is een voorbeeld van zo’n herstelmaatregel. Fosfaat komt in het oppervlaktewater terecht via dierlijke mest en via kunstmest uit de landbouw. Door extreme neerslag spoelt fosfaat versneld weg uit de bodem en dit kan ervoor zorgen dat er uiteindelijk meer fosfaat in het water terecht komt. Fosfaat bevordert de groei van algen en is daardoor nadelig voor andere soorten die in het water leven. “Misschien moet oppervlaktewater in de toekomst wel vaker behandeld worden met fosfaatbinders of misschien moet er een andere dosis gebruikt worden.”
Klimaatverandering heeft een groot effect op ecosystemen. Dit hoeft overigens niet altijd negatief te zijn. De Senerpont Domis: “Extreme neerslag kan zorgen voor de doorstroom van een rivier of open water. Stroming in het water vermindert de kans op algenbloei.”
Plastic in het water
Naast het klimaat speelt ook vervuiling een rol in de waterkwaliteit. Vooral vervuiling door plastics is de laatste jaren veel in het nieuws. Volgens de aquatisch ecoloog is plastic een relatief kleine stressfactor ten opzichte van de mestproblematiek, maar tegelijkertijd ook een heel emotioneel probleem. Je ziet regelmatig plaatjes voorbij komen van dieren die het moeilijk hebben door plastic soep. “Plastic accumuleert heel erg en we weten nog niet wat de lange termijneffecten daarvan zijn.”
Bij het NIOO staat een aantal limnotrons, een soort vaten waarin op grotere schaal gekeken kan worden naar het effect van een verstoring op een systeem. Deze ‘minimeren’ zijn gevuld met water dat vorige maand is opgepompt. “Inmiddels zijn er forensisch onderzoekers van de Staffordshire University op bezoek geweest”, vertelt De Senerpont Domis. “We hebben grotere stukken plastic, zoals filters van sigaretten, in het water aangebracht. Tot eind december kijken we wat er met het plastic gebeurt en in hoeverre het wordt afgebroken.”
Staffordshire University is met name geïnteresseerd in de afbraak van plastic als mogelijk nieuwe tijdsindicator, bijvoorbeeld als er een lichaam in een plastic zak in het water wordt aangetroffen. Het NIOO wil weten welke invloed plastic heeft op de soorten in het systeem. “Het zijn vooral micro-organismen die plastic afbreken”, stelt De Senerpont Domis. “De samenstelling van micro-organismen kan veranderen als er plastic in de buurt is. Maar of dat gunstig of ongunstig is, daar heb ik nog geen oordeel over. We gaan nu bekijken wat er gebeurt onder min of meer natuurlijke omstandigheden, maar volgend jaar willen we ook onderzoeken wat er gebeurt als het dag en nacht licht is. Waarschijnlijk gaan de verweringsprocessen dan sneller, maar het extra licht kan bij de soorten in het systeem een hoop stress opleveren.”
Zwarte populier
Bij stress is een belangrijke vraag in hoeverre soorten in staat zijn zich hieraan aan te passen. Dit is het onderzoeksterrein van ecoloog en geneticus Koen Verhoeven. Hij bestudeert de moleculaire en genetische mechanismen waarmee planten zich kunnen aanpassen aan klimaatverandering. Hij neemt me mee naar het buitenterrein aan de achterkant van het gebouw. In de hoek van het terrein staat een klein boompje, niet veel groter dan Verhoeven zelf. Het is een populier. Maar niet zomaar een populier. Aan de hand van dit exemplaar is het referentiegenoom van deze soort bepaald.
De zwarte populier groeit door heel Europa, van het koude noorden tot in het droge zuiden. Het bijzondere aan deze boomsoort is dat hij door kwekers klonaal vermeerderd wordt. Alle nakomelingen hebben daardoor precies dezelfde genen als hun ouders. Maar welke genen aan- of uitstaan, is afhankelijk van de omgeving. “Wij kijken naar epigenetische veranderingen in het DNA, zoals DNA methylering”, vertelt Verhoeven. Bij DNA methylering zit er een extra methylgroep (CH3) op het DNA, waardoor dat voor een deel niet afgelezen kan worden.
Droogte, extreme temperaturen of een plaag
“Bijna al het epigenetische onderzoek dat we kennen, is gedaan in het laboratorium aan de modelplant Arabidopsis. We weten dat epigenetische veranderingen lang kunnen blijven zitten. Soms zijn de veranderingen zelfs terug te vinden in nakomelingen. Maar we weten ook dat deze veranderingen bij planten die zich seksueel voortplanten, zoals Arabidopsis, geen grote rol spelen. We zijn dus heel benieuwd wat het lange termijneffect is van epigenetische veranderingen in een experiment met een klonale soort”, stelt Verhoeven.
In het kassencomplex van het NIOO groeien inmiddels heel wat populieren. Na ongeveer drie maanden snijden de onderzoekers er takjes af om een nieuwe generatie mee te kweken. Sommige bomen groeien onder min of meer natuurlijke omstandigheden, maar andere leven onder invloed van stress door droogte, extreme temperaturen of een plaag (rupsen of roestschimmel). Door de genomen van deze experimentele bomen met elkaar te vergelijken, hoopt Verhoeven meer te weten te komen over het aanpassingsvermogen van de soort.
Geven de populieren epigenetische veranderingen door aan hun nakomelingen? En zo ja, is dat dan voordelig? Als de nakomeling terecht komt in hetzelfde milieu als de ouderplant waarschijnlijk wel, maar wat gebeurt er als de nakomeling in een hele andere omgeving belandt? Daarover is op dit moment nog heel veel onduidelijk.
Als ik ’s middags het NIOO verlaat, is het weer droog. En terwijl ik in de auto stap, bedenk ik me hoe fascinerend het is dat we nu al zoveel kunnen leren over de natuur van de toekomst.