Je leest:

Rampscenario ontraadseld

Rampscenario ontraadseld

Auteur: | 1 januari 1999

In de geschiedenis van de aarde hebben zich regelmatig grote rampen voorgedaan waardoor hele groepen organismen uitstierven. Het bekendst is de komeetinslag, waarmee het einde van het tijdperk der dinosauriërs ingeluid werd. Paleontologen bestuderen deze uitstervingsprocessen aan de hand van fossielen in gesteentelagen. Nu worden in de Universiteit van Nijmegen in het laboratorium ecologische processen nagebootst.

Fossielen

Paleontologen onderzoeken fossielen, die aanwezig zijn in miljoenen jaren oude gesteentelagen. Zij proberen aan de hand van de variatie in fossielen en samenstelling van het gesteente uit te zoeken welke klimaatschommelingen en catastrofes er in het verleden waren. Dit is een enorm tijdrovend maar ook speculatief werk. Want je weet natuurlijk nooit zeker of de gebeurtenissen zich inderdaad zo hebben voorgedaan. Zo is de theorie dat een komeetinslag op het schiereiland Yucathan in Mexico een ecologische ramp veroorzaakt heeft. Hierdoor bleef de atmosfeer jarenlang vol stof en werd het koeler op aarde. Deze klimaatverandering is een mogelijke verklaring voor het uitsterven van de grote reptielen 69.000 jaar geleden. Het is nog maar de vraag of het echt zo gebeurd is.

Rampscenario’s

Studenten bootsen onder leiding van hoogleraar Bert van der Zwaan in Nijmegen ecologische rampscenario’s na. Dat gebeurt in aquariums met zeewater en allerlei grote en kleine zeedieren. Voor hun eerste serie proefnemingen gebruikten zij monsters zeewater met daarin allerlei zeedieren. Dit zeewater was speciaal door duikers van de bodem van de Middellandse Zee omhooggehaald en overgevlogen naar Nederland. De zeedieren mochten een korte tijd acclimatiseren in het aquarium; daarna werd het zuurstofgehalte van het water drastisch verlaagd. De onderzoekers verwachten dat de zeedieren dood zouden gaan. Dat gebeurde ook, maar een groep eencellige diertjes, de foraminiferen, bleef leven. En dat hadden de onderzoekers niet verwacht.

Forameniferen

Foraminiferen, ook wel forams genoemd, zijn eencellige diertjes. Zij behoren tot de Protozoën en leven in en op de zeebodem. Zij zijn meestal niet groter dan een speldenknop en hebben een kalkskelet met allemaal gaatjes. Door deze gaatjes steken cytoplasmadraadjes. De kalkskeletjes blijven na het afsterven van de diertjes achter op de zeebodem en veranderen na zeer lange tijd in fossielen. Er is een zeer grote variatie in fossiele forams. Daardoor worden ze vaak gebruikt om gesteentelagen te dateren. Tijdens de perioden van massaal uitsterven stierven niet alleen de landbewoners, maar ook de zeebewoners, inclusief de foraminiferen. De resten van deze dieren markeren het einde van veel geologische periodes. Tijdens het uitsterven daalde het zuurstofgehalte van het zeewater enorm. Dat is waarschijnlijk de ondergang van veel dieren geweest, ook van foraminiferen. Veel foraminiferensoorten die in fossiele vorm worden aangetroffen bestaan ook nu nog. Deze soorten worden in het experiment in Nijmegen gebruikt.

Diverse forameniferen

Bron:http://www.floridabay.org/graphics/figures/forams

Zuurstofloos

In de aquariums worden zuurstofloze omstandigheden gecreëerd. Een natuurramp wordt nagebootst door eerst de stikstofkraan open te draaien. Dit gas verdrijft in een speciale tank de zuurstof uit het water. Het zuurstofloze water wordt vervolgens naar de verschillende aquariums vervoerd. Bij dit experiment gingen alle dieren dood door gebrek aan zuurstof, behalve de forams. De theorie, dat het uitsterven door zuurstofgebrek komt, klopte voor de foraminiferen niet. Deze proeven werden keer op keer herhaald, maar het resultaat bleef hetzelfde. De forams overleefden het experiment. Dus de hypothese, dat zuurstofgebrek de oorzaak is van het uitsterven van foraminiferen klopte niet. Foraminiferen kunnen overschakelen van stofwisseling met zuurstof (aëroob) naar stofwisseling zonder zuurstof (anaëroob). Dat was biologen nooit opgevallen. Toch is dit op zich geen raar verschijnsel. De foraminiferen behoren tot de Protisten, eencellige organismen met kern, die al meer dan anderhalf miljard jaar bestaan. Deze Protisten ontstonden in een periode dat de atmosfeer zuurstofrijk werd. In de periode daarvoor bevatte de atmosfeer geen zuurstof. De levensvormen die toen bestonden waren algen en bacteriën, die zonder zuurstof kunnen leven. De foraminiferen bevatten in hun DNA de informatie voor een levenswijze met en zonder zuurstof. Dat is de erfenis, die ze uit het verleden hebben.

Sulfide is de oorzaak

Toch zijn de foraminiferen tijdens bepaalde periodes massaal uitgestorven. De oorzaak daarvan was niet bekend. Om dat uit te zoeken verzamelden de onderzoekers monsters van sapropelen in Egypte, Israël en Tunesië. Sapropelen zijn dunne, zwarte afzettingslaagjes die tussen grijze gesteentepakketten liggen. Sapropelen ontstaan tijdens wereldwijde uitstervingsperioden. De zwarte kleur duidt op organisch materiaal. Dat in deze lagen organisch materiaal ligt bewijst dat er geen zuurstof was toen de afzettingslagen gevormd werden. Anders zou het organisch materiaal zijn omgezet. Van andere plaatsen werden complete stukken zeebodem en het daar bovenliggende zeewater compleet met organismen naar boven gehaald. Dit materiaal werd gebruikt voor proeven en observaties. In speciale observatieaquariums bestudeerden biologen de forams met videocamera’s en microscopen. In de experimenteeraquariums werden sensoren in de bodem gestoken. Deze sensoren registreerden millimeter voor millimeter het zuurstofgehalte en het gehalte aan andere stoffen in de bodem. Vervolgens werd het zuurstofgehalte in de aquariums verlaagd. De sensoren brachten aan het licht dat de verandering van het zuurstofgehalte allerlei chemische reacties veroorzaakt. Deze traden vooral op in de bovenste lagen van de bodem. Bij deze processen spelen bacteriën een belangrijke rol. Vooral de bacteriën die sulfaten voor hun energievoorziening omzetten in sulfide. Forams sterven door een combinatie van sulfide en zuurstofgebrek. Als er genoeg zuurstof is hebben de forams geen last van sulfide, maar als ze op anaërobe stofwisseling zijn overgeschakeld werkt sulfide bij de forams als vergif. Door deze ontdekking kon een ander raadsel opgelost worden. De paleontologen hadden namelijk ontdekt, dat de verschillende foramsoorten niet gelijktijdig waren uitgestorven. Dat leek nogal eigenaardig, maar de forams in de aquariums bleken een verschillende tolerantie voor sulfide te hebben. Sommige soorten konden beter tegen sulfide dan andere soorten.

Rampscenario

Met de gevonden gegevens kon het volgende rampscenario voor uitsterven opgesteld worden: Wereldwijde klimaatverandering zorgt voor een verandering in zeestromen. Daardoor wordt de toevoer van zuurstof naar de zeebodem op sommige plaatsen afgesneden. De forams schakelen over van aërobe naar anaërobe stofwisseling. In de honderden of duizenden jaren die daar op volgen breiden de zuurstof mijdende bacteriën die in de zeebodem sulfaat omzetten in sulfide zich uit. Dit heeft tot gevolg, dat de ene na de andere foramsoort uitsterft. Ze sterven dus niet simpelweg door een daling van het zuurstofgehalte in de zeebodem. Paleontologen verklaren veel massaslachtingen door plotsklaps uitsterven door bijvoorbeeld zuurstofgebrek. Het Nijmeegse team heeft aangetoond, dat je bij catastrofes rekening moet houden met de totale chemische samenstelling van de zeebodem en de levensvormen die daar voorkomen. Het team is inmiddels uitgebreid met een bacterioloog.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 1 uit de jaargang 1999 van het blad Archimedes.

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 1999

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.