Je leest:

Sterren in de zee

Sterren in de zee

Zeevonk: algen met een grote mond en een klein staartje

Auteur: | 9 juli 2003

Veel mensen zijn stomverbaasd als ze voor het eerst lichtgevende golven zien op een mooie zomeravond aan het strand. Nog verbaasder zijn ze als ze horen dat een klein algje hiervoor verantwoordelijk is. Ditzelfde algje zou ook wel eens een belangrijke predator kunnen zijn van jonge schelpjes. In dit artikel opheldering over een merkwaardig creatuurtje.

Zeevonk gevaarlijk?

Rijkswaterstaat adviseerde strandgangers om niet de zee in te gaan tussen Scheveningen en Katwijk vanwege zeevonk. Inmiddels is het negatieve zwemadvies weer ingetrokken. Op zich is deze alg niet gevaarlijk. Maar omdat het in gigantische hoeveelheden voorkomt, kan het irritatie aan de huid en luchtwegen veroorzaken. Kennislink publiceerde al eerder onderstaand artikel over zeevonk. Daarin wordt uitgebreid beschreven wat zeevonk is en welk onderzoek wetenschappers deden. En dat vooral vissen moeten uitkijken voor het mijnenveld van lichtgevende algjes. Elke onverhoede beweging die bijvoorbeeld een vis maakt, kan een explosie veroorzaken van lichtflitsjes.

Als je ooit op een warme zomernacht op het strand bent geweest weet je wat ik bedoel als ik het over ‘het licht van de zee’ heb. Schuimkoppen op de golven lichten op magische wijze op. Als je vervolgens naar beneden kijkt, zie je een spookachtig spoor van voetstappen achter je op het zand staan. En het mooiste is als je het water inspringt met een duikbrilletje op. Dan zweef je opeens in een heelal vol met sterren. Deze verschijnselen hebben alles te maken met een piepklein algje met de mooie naam Noctiluca, of zeevonk in het Nederlands.

Licht van de nacht

De officiele naam van zeevonk is Noctiluca scintillans, wat letterlijk ‘flitsend nachtlichtje’ betekent. De naam die hij vroeger had is eigenlijk mooier: Noctiluca miliaris, ofwel ‘duizend nachtlichtjes’. Wat moet je je daarbij voorstellen? Het is de naam voor een algje dat eruit ziet als een klein doorzichtig ballonnetje, met een staartje aan de achterkant (zie afbeelding 1). Er passen er ongeveer vier in de letter ‘o’ op je beeldscherm. De diameter van de alg is dus zo’n 0,5 tot 1 millimeter, en dat is uitzonderlijk groot voor een alg. Veel andere soorten fytoplankton microscopisch kleine algen zijn namelijk tien tot honderd maal kleiner.

Afbeelding.1 a) Groep van Noctiluca cellen. b) Close-up van een cel met de duidelijk zichtbare flagel. (foto’s: Wim van Egmond).

Noctiluca : een alg met een grote mond en klein staartje

Hoewel Noctiluca behoort tot de groep van de algen, kan hij zelf helemaal niet fotosynthetiseren. Het is zelfs zo dat hij in de tropen met een andere soort alg in symbiose leeft. Dat wil zeggen dat hij, net zoals koralen dat doen, een algje in zijn eigen cel opneemt dat voedsel voor hem maakt. De zeevonk uit de Waddenzee en de Noordzee kan dat echter niet; die moet zijn eten zelf opzoeken.

Noctiluca wordt tot de groep van heterotrofe algen gerekend, de heterotrofe dinoflagellaten om precies te zijn. Heterotroof betekent dat hij zelf geen voedingsstoffen kan maken zoals een plant dat kan, maar dat hij aangewezen is op voedseldeeltjes in het water. En een dinoflagellaat is een alg met een flagel of staartje. Een etende alg met een staartje dus. Naast de grote en duidelijk zichtbare flagel, heeft Noctiluca nog een tweede klein staartje. Hoewel deze bij andere soorten algen wel een duidelijk zwemfunctie heeft, is dat bij Noctiluca niet het geval. Het zwemvermogen van de alg stelt dus niet bijster veel voor.

Bolletjesslikkers

Onderzoekers hebben zich lang afgevraagd hoe Noctiluca voldoende energie binnen krijgt om te kunnen leven. Dat Noctiluca op twee manieren voedseldeeltjes tot zich kan nemen was al bekend. Allereerst kan hij namelijk een voedseldeeltje aan een kleverig draadje plakken en die in zijn cel naar binnen brengen. Omdat de alg doorzichtig is, is het eenvoudig om te zien wat hij gegeten heeft (zie afbeelding 2). Maar Noctiluca kan ook in groepsverband eten. Dan vormen de algen een soort zeef van slijmdraadjes om zich heen, waar tijdens het zinken voedsel in blijft hangen.

Onderzoekers hebben zich lang afgevraagd hoe Noctiluca voldoende energie binnen krijgt om te kunnen leven. Dat Noctiluca op twee manieren voedseldeeltjes tot zich kan nemen was al bekend. Allereerst kan hij namelijk een voedseldeeltje aan een kleverig draadje plakken en die in zijn cel naar binnen brengen. Omdat de alg doorzichtig is, is het eenvoudig om te zien wat hij gegeten heeft (zie afbeelding 2). Maar Noctiluca kan ook in groepsverband eten. Dan vormen de algen een soort zeef van slijmdraadjes om zich heen, waar tijdens het zinken voedsel in blijft hangen.

Thomas Kiørboe en Josefin Titelman, twee onderzoekers in Denemarken, vroegen zich af hoe het kan dat Noctiluca, die zelf nauwelijks kan zwemmen, toch voornamelijk lijkt te leven van prooien die ook nauwelijks kunnen zwemmen. In andere woorden: hoe slaagt een vrijwel bewegingsloze alg erin om andere stilstaande deeltjes tegen te komen? Ze zullen elkaar toch tegen moeten komen op de een of andere manier.

Nepvoedsel

Het blijkt dat het algje een tweede, totaal andere manier van voortbewegen heeft. Hij is namelijk lichter dan water. Door dit drijfvermogen zal zeevonk, wanneer hij door wervelingen in het water naar beneden is getrokken, weer opstijgen. Uit snelheidsmetingen bleek dat hij daarbij een snelheid van ongeveer zestig centimeter per uur kan halen. En daarin zit hem de kneep: onderweg naar boven heeft de alg wèl een grote kans om stilstaande deeltjes te ontmoeten. Nu is de vraag: zijn dat er genoeg om van te leven?

Hoe onderzoek je dit? De wetenschappers visten de bolvormige algjes uit de zee en deden ze in flesjes. Die flesjes werden op een soort fietswiel gebonden zodat ze mooi in beweging bleven. Als nepvoedsel deden ze er latex bolletjes bij (een soort rubber waarvan ook condooms gemaakt worden) die in grootte varieerden. Zo konden ze zien of de alg een voorkeur zou hebben voor het slikken van bijvoorbeeld kleine bolletjes en niet voor grote. Daaruit zou je kunnen afleiden of ze het in de natuur bijvoorbeeld gemunt hebben op kleine algen en niet zozeer op grote deeltjes, of andersom.

Na een paar uur stopten de Denen het wiel met de flesjes en visten ze met een pipetje de algen met latexbolletjes uit het water. Het bleek dat zeevonk niet selectief was geweest. De algen hadden alle bolletjes die ze onderweg tegen waren gekomen aan zich vastgeplakt en naar binnen gewerkt. In de natuur zal het dus niet veel anders gaan. Zowel kleine algjes als relatief grotere diertjes in het plankton zullen door zevonk opgegeten worden. En een van de slachtoffers zouden wel eens larven van schelpdieren kunnen zijn, de organismen waar ik zelf onderzoek naar verricht.

Kleine nonnetjes slachtoffer van zeevonk?

In mijn onderzoek kijk ik onder andere naar de oorzaken van de grote sterfte onder jonge schelpdieren. De meeste schelpdieren in de Waddenzee, zoals mossels, kokkels en nonnetjes planten zich voort door middel van externe bevruchting. Vrouwtjesschelpen spuiten in de voortplantingstijd eieren in het water en mannetjesschelpen sperma. Als de eieren bevrucht worden ontstaan schelpenlarven, piepkleine zwemmende schelpdiertjes, ongeveer 0.1 mm groot (zie ook mijn kennislinkartikel: Het raadsel van het nonnetje in de waddenzee)

Noctiluca scintillans
Zeevonk in de haven van Zeebrugge in 2010.
Hans Hillewaert

Toen ik vorig jaar (2002) tijdens een experiment larven van nonnetjes onder de microscoop wilde bekijken, zag ik dat een Noctiluca algje die per ongeluk in een van de flesjes was beland, maar liefst zeven van mijn baby-schelpen had opgegeten. Samen met twee studenten heb ik toen onmiddelijk een experimentje opgezet waarin we nauwkeuriger wilden kijken naar de invloed van de alg op de schelpdierlarven. Daarvoor gebruikten we flessen waar we zeewater, _Noctiluca_’s en larven indeden, in natuurlijke dichtheden zoals je die in de Waddenzee aantreft. Die flessen lieten we gedurende twaalf uur langzaam ronddraaien op een rollerbank, een apparaat waarop flessen langzaam ronddraaien, zodat het water in beweging blijft. Het resultaat was spectaculair: na die halve dag was tien tot vijftig procent van de larven opgenomen door de zeevonk. De allesetende algen leken dus inderdaad een grote consument te zijn van de larven.

De moeilijkheid van dit onderzoek was echter dat de zeevonk de larven niet alleen opat, maar ze ook weer ‘uitkotste’. Ook deelden de algen zich ’s nachts, zodat het er steeds meer werden. Verder was de snelheid waarmee de fles ronddraaide cruciaal voor de ontmoetingskans tussen alg en schelp. Grootser opgezette experimenten bieden in de toekomst wellicht uitkomst.

Hoe geeft zeevonk licht?

Het licht van zeevonk is makkelijk waar te nemen met het menselijk oog. De meeste dinoflagellaten zenden rond de 600 miljoen fotonen in een flits uit, die maar ongeveer 0.1 seconden duurt (zie afbeelding 3). Als je dat doorrekent, zou je ongeveer een half miljoen algen nodig hebben, die allemaal tegelijkertijd flitsen om evenveel licht te produceren als een LEDje, zo’n groen lampje die nu wel ergens op je computer knippert. Stel dat er 250 van deze algen per liter in het water zitten (zie laatste paragraaf), dan zou je dus 200 emmers water door een zeefje moeten gooien om genoeg algen te verzamelen. Maar zoals je weet geeft een LEDje best veel licht. Veel meer dan je oog nodig heeft om iets te zien. Als je ogen een beetje gewend zijn aan de duisternis, kun je een enkele Noctiluca ook al zien.

Het licht wordt geproduceerd tijdens een chemisch proces, waarbij een heleboel energie vrijkomt. Dit proces wordt ook wel bioluminiscentie genoemd. En in tegenstelling tot een gloeilamp, waarbij veel warmte ontstaat, is bioluminiscentie juist bijzonder efficient: alle energie die bij de chemische reactie vrijkomt wordt omgezet in licht.

Afbeelding 3. Noctiluca in het donker: een foto van de lichtflitsjes.

Het licht wordt geproduceerd in speciale organellen, de scintillons. In die organellen bevinden zich eiwit-gebonden luciferine en het enzym luciferase (zie afbeelding 4). Voor productie van licht zijn vier stoffen nodig: luciferine, het enzym luciferase, zuurstof en een niet-specifiek zout (het zout in de zee). Als de pH daalt, raakt de luciferine los van het eiwit en zal dit met zuurstof reageren, gekatalyseerd door de luciferase. Het zout is nodig om de vrijkomende protonen weg te vangen. Bij deze reactie komt licht vrij. De reactie ziet er als volgt uit:

luciferase Luciferine + zuurstof -—————→ oxyluciferine + licht

Je zou het kunnen vergelijken met een stuk hout wat pas licht gaat geven als je het aansteekt. De luciferine van dinoflagellaten lijkt heel erg op chlorofyl. Daar is het dus ook waarschijnlijk van afgeleid. Luciferine van andere organismen ziet er volslagen anders uit, daarom is luciferine eigenlijk een verzamelnaam voor allerlei moleculen waaruit licht kan worden geproduceerd.

Afbeelding 4: Molecuulstructuur van luciferine, een molecuul afgeleid van chlorofyll-a.

Lichtkleur

Niet alleen zeevonk produceert licht. Er zijn vele andere soorten algen, maar ook bijvoorbeeld vissen, die dit trucje ook kennen. De meeste bioluminescente organismen, waaronder Noctiluca, zenden blauw licht uit. Dat heeft een golflengte van 474-476 nm. Daar zijn twee redenen voor. Ten eerste dringt blauw licht het verste door in water. Daarom zien onderwaterfoto’s er bijvoorbeeld altijd blauw uit. Ten tweede kunnen de meeste organismen, zoals diepzeevissen, alleen maar blauw licht zien; ze beschikken niet over pigmenten om de kortere (richting UV) of langere (richting rood) golflengtes waar te nemen.

Eén vissoort maakt handig gebruik van het feit dat alle vissen rood-blind zijn: De black dragon vis (zie afbeelding 5). Deze vis, die op grote dieptes in de oceaan leeft, kan als enige rood licht uitzenden en zien. Daarmee heeft hij een enorm voordeel ten opzichte van zijn prooi. Met zijn rode licht kan hij ongemerkt in de duisternis op zoek gaan naar lekkere hapjes, omdat die geen rood licht waarnemen.

Afbeelding 5: De black dragon vis.

Hoe kan deze vis nu rood licht maken en zien? Om dit voor elkaar te krijgen, gebruikt de black dragon vis een trucje: hij maakt net als alle andere vissen eerst blauw licht, maar verandert dat in rood met behulp van een fluorescerend pigment. Dat is een molecuul dat licht van een bepaalde golflengte opvangt en dit vervolgens op een andere golflengte uitzendt. Een soort wisselautomaat dus. Dan wordt het rode licht nog een keer gefilterd totdat het de juiste infrarode golflengte heeft, waarna het wordt uitgezonden. Om zijn eigen licht te kunnen zien, heeft hij ook aangepaste ogen.

Geflitst!

Zeevonk gebruikt zijn flitslicht waarschijnlijk als een soort anti-inbraak alarm. Als er een ‘inbreker’ aan de alg wil gaan knabbelen, wordt hij niet alleen afgeschrikt door een verblindende lichtflits, maar zal hij ook nog eens door de politie (grotere predatoren) worden gespot, met alle nare gevolgen van dien. Zo af en toe zal er wel een Noctiluca opgegeten worden, maar netto draagt het flitslicht dus bij aan een grotere overleving van de soort. Dat was althans de hypothese van Burkenroad in 1948.

Om deze zogenaamde burglar alarm hypothese te testen, hebben diverse wetenschappers experimenten uitgevoerd. Zo keken de onderzoekers Fleisher en Case (1995) naar de combinatie van lichtgevende algen, garnalen (predatoren van de algen) en zeekatten (een soort inktvis). De vraag was of de inktvissen in water mét lichtgevende algen méér garnalen zouden vangen dan in zeewater zonder.

Fleisher en Case namen daartoe twee aquaria en stopten in de ene bak inktvissen, garnalen en algen en in de andere alleen inktvissen en garnalen. Om het gedrag van de inktvissen te bestuderen hadden ze het idee opgevat om een infrarood camera te installeren voor het aquarium. Hiermee kun je dieren in het donker filmen, zonder dat ze jou zien. Het bleek dat de inktvissen in het aqarium mét algen de ene na de andere garnaal aanvielen, terwijl ze zonder de algen bijna geen prooi konden vinden. En doordat de garnalen opgegeten werden bleven de algen op hun beurt langer in leven. Burkenroad leek het bij het rechte eind te hebben.

Andere dieren die verder niets met zeevonk te maken hebben, maar per ongeluk door de algen heen zwemmen, moeten ook goed uitkijken. Het zeewater is namelijk een soort van mijnenveld van lichtgevende algjes. Elke onverhoede beweging die bijvoorbeeld een vis maakt, kan een explosie veroorzaken van lichtflitsjes. En daar maken andere dieren weer handig gebruik van. Zo is bekend dat zeeleeuwen en andere nachtelijke predatoren het licht van Noctiluca gebruiken om hun prooien, zoals vissen, te localiseren.

Afbeelding 6: Een lantarenvis met hengel waar lichtgevende bacteriën inzitten.

In de donkere diepzee, waar het zonlicht nooit komt, dient bioluminiscentie andere doelen. Lantarenvissen bijvoorbeeld laten lichtgevende bacterien groeien in speciale organen aan het eind van een soort hengeltjes aan hun kop. Net zoals vissers ’s nachts vanuit hun bootje vissen lokken met lichtgevend aas, lokken deze vissen hun prooi met het lantaarntje op de donkere oceaanbodem (Afbeelding 6)

Afbeelding 7: Spectaculair voorbeeld van een ‘red tide’ bij de Amerikaanse kust.

Noctiluca is trouwens niet alleen bekend vanwege de lichtende zee. Soms komt het algje in zulke dichtheden voor, dat het water helemaal rood kleurt. Dat komt doordat de algen een rood pigment bevatten. Vanuit het vliegtuig kun je dat heel goed zien (zie afbeelding 7). Het verschijnsel wordt ook wel ‘red tide’ genoemd. Naast Noctiluca zijn er ook andere algensoorten die dit verschijnsel vertonen. Hoewel van sommige algensoorten bekend is dat ze neurotoxines bevatten (gifstoffen die zenuwen aantasten), is dat bij de algen die ‘red tides’ veroorzaken niet het geval. Deze ‘red tides’ worden in het algemeen dus niet als bedreigend gezien.

Lichtgevend bolletje

Ecologen willen graag weten hoe het voorkomen van dieren gerelateerd is aan hun omgeving en aan de andere organismen die daarin leven. Daarom moeten we naast de boven beschreven experimenten naar de rol van de alg in het ecosysteem ook iets weten over de ruimtelijke verspreiding van het organisme. Hoeveel van deze algen zijn er eigenlijk? En in welke jaargetijde zijn ze in grote getale aanwezig en wanneer niet?

Afbeelding 8: Gemiddelde dichtheden van Noctiluca (cellen/liter) bij het eiland Helgoland in de Duitse Noordzee van 1970 tot 1988.

Onderzoekers op Helgoland hebben daarom gedurende een periode van 21 jaar het zeewater bijna dagelijks bemonsterd waardoor ze een goed inzicht in de jaarlijkse groei en sterfte van zeevonk kregen. Uit de jarenlange tellingen kwam een heel mooi patroon tevoorschijn. Zo rond begin april beginnen de cellen zich sneller voort te planten. Dat gebeurt simpelweg door celdeling, vooral ‘s nachts (Afbeelding 9). Dan worden de dichtheden van de algen steeds hoger en tegen de maand juni of juli is het op z’n maximum. Zoals je ziet in het grafiekje, kun je dan wel tot 250 algen per liter vinden. Vervolgens nemen de dichtheden weer af en in de winter vind je slechts een paar per liter.

Uiteindelijk zou je met hulp van deze gegevens, in combinatie met wat je weet over aantallen prooien per liter (bijvoorbeeld schelpenlarven of algen) van zeevonk en aantallen predatoren (bijvoorbeeld garnalen) een kwantitatief model kunnen gaan bouwen van deze voedselketen. Maar daarvoor moet je nog heel wat meer weten en dat doen we nog niet.

Afbeelding 9: Een delende Noctiluca cel.

Het ‘licht van de zee’ kennen veel mensen wel van een strandvakantie, maar van de veroorzaker, de alg Noctiluca hebben maar weinigen weet. In dit artikel heb je gezien dat zeevonk een heel bijzonder organisme is. Het is geen echte alg, maar ook geen echt dier. Hij is een soort een bolletje dat licht geeft, als je hem in beweging brengt, en dat daardoor zijn predatoren, zoals garnalen, blootstelt aan het gevaar van hongerige vissen. Maar hij is zelf ook een grote eter, wellicht een liefhebber van schelpenlarven. Een organisme dat er als ‘red tide’ enorm spectaculair uit kan zien, maar niet schadelijk is. Ik zou zeggen: als je nog nooit een Noctiluca gezien hebt, wordt het tijd om in de zomer in het donker naar het strand te gaan en goed te kijken naar de branding. Dan gaat er een vast een lichtje branden.

Bronnen:

Herring, P.J. (ed.) 1978. Bioluminescence in action. Acc. Press. London. 570 pp.

Kioerboe, T and Titelman, J., 1998. Feeding, prey selection and prey encounter mechanisms in the heterotrophic dinoflagellate Noctiluca scintillans. Journal of Plankton Research 20(8): 1615-1636.

Levinton, J.S. 2001. Marine Biology: Function, Biodiversity, Ecology. 2nd edition. Oxford University Press. 515 pp.

Uhlig, G. and Sahling, G., 1990. Long-term studies on Noctiluca scintillans in the German bight: population dynamics and red tide phenomena. Netherlands Journal of Sea Research 25(1/2): 101-112.

Zie ook:

Meer over red tides en schadelijke algen

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI).
© Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI), sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 juli 2003

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.