Je leest:

Huwelijk bacterie en waterplant stokoud

Huwelijk bacterie en waterplant stokoud

Bacterie en waterplant kunnen het goed met elkaar vinden, bijvoorbeeld in de levende kroosvaren die samenleeft met cyanobacteriën. Sporen van deze samenwerking zijn al zeker 49 miljoen jaar oud!

Onderzoekers van het NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek op Texel en de Universiteit Utrecht hebben met behulp van fossiele moleculen bewijzen gevonden dat de symbiose tussen kroosvaren en bepaalde bacteriën al bijna 50 miljoen jaar bestaat. De resultaten werden afgelopen week gepubliceerd in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS).

Een levende soort kroosvaren, Azolla filiculoides.
Kurt Stueber

Symbiose

Stikstof is een onmisbaar element voor de groei van algen, die aan de basis van het voedselweb in de oceaan zitten. Zij halen deze uit stikstofverbindingen in het oceaanwater, zoals ammonium. De lage concentraties van deze verbindingen aan het zeeoppervlak van de meeste tropische en subtropische zones van de oceanen remmen echter de groei van algenpopulaties. Opgelost stikstofgas is vaak wel volop aanwezig in het zeewater, maar helaas kunnen maar weinig organismen deze bron van stikstof aanboren voor hun celgroei en stofwisseling.

In deze gebieden zijn de cyanobacteriën sterk in het voordeel ten opzichte van algen omdat deze micro-organismen wèl het vermogen bezitten om stikstofgas om te zetten in ammonium. Dit proces heet stikstoffixatie. Sommige algen en waterplanten hebben hier weer een slimme truc op verzonnen door nauw samen te gaan leven met deze cyanobacteriën, om zo wel verzekerd te zijn van een betrouwbare toevoer van ammonium voor hun eigen celgroei.

Karakteristiek tracer molecuul

Cyanobacteriën fixeren stikstofgas met behulp van het enzym nitrogenase. Dit eiwit wordt echter in aanwezigheid van zuurstof meteen geïnactiveerd. Als bescherming hiertegen hebben een aantal cyanobacteriën een bijzonder celtype ontwikkeld om dit probleem te overwinnen; de ‘heterocyst’. In deze cyanobacteriën wordt de stikstoffixatie uitsluitend binnen deze cellen met een zeer dikke wand uitgevoerd om zo ‘giftig’ zuurstof buiten te sluiten. De belangrijkste moleculen in deze gespecialiseerde celwand zijn de ‘heterocyst-glycolipiden’ (HG’s). Deze moleculen hebben een kop van suiker en een lange alcoholstaart (zie onder). Omdat ze zo karakteristiek zijn voor de celwand van heterocysten, blijken deze moleculen ideale tracers in het geologische verleden voor dit type cyanobacteriën te zijn.

Moleculaire structuur van heterocyst glycolipiden.
NIOZ

Fossiele HG’s

Om heterocyst-glycolipiden goed te kunnen analyseren, werd een nieuwe analytische techniek ontwikkeld bij het NIOZ. Hiermee werd een groot aantal oude sedimenten van de bodems van zeeën, oceanen en meren geanalyseerd en daaruit bleek dat de HG’s ook miljoenen jaren geleden al voorkwamen. Cyanobacteriën met heterocysten waren er dus ook toen al.

De meest bijzondere vondst was de aanwezigheid van HG-moleculen in 49 miljoen jaar oude sedimenten uit het Noordpoolgebied. In dit zeer warme geologische tijdvak bestond de bovenste laag van de ijsloze Poolzee uit zoetwater, wat een overvloedige groei van het kroosvarentje Azolla mogelijk maakte. Ook in onze tijd leeft Azolla nog steeds in symbiose met een dergelijke cyanobacteriesoort. De analyses van de oude poolzeemonsters tonen nu aan dat dit ‘huwelijk’ al bijna 50 miljoen jaar standhoudt.

Referentie:

Bauersachs et al. Fossilized glycolipids reveal past oceanic N2 fixation by heterocystous cyanobacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, (2010) vroege editie.

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek.
© NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 oktober 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.