Beren houden een winterslaap, maar sommige bacteriën en planten gaan nog een stapje verder: ze gaan in dormantie. Onderzoekers zijn er nu in geslaagd om algen, die bijna 7000 jaar in diepe slaap waren, weer tot leven te wekken.
Dat is vooral speciaal, omdat de algen zo lang op de bodem van de Oostzee in het sediment verborgen zaten waardoor er geen licht en zuurstof was.
Bedekt door sediment
Om ongunstige leefomstandigheden te overleven schakelen veel organismen over op een slaapstand, waarin de metabolische activiteit sterk verminderd is. Ze stoppen dan met groeien en hebben vrijwel al hun biologische processen uitgeschakeld, waardoor ze bijvoorbeeld vrijwel geen voedsel nodig hebben. Dit geldt onder meer voor fytoplankton, microscopisch kleine planten die in het water leven en fotosynthese toepassen. In hun slapende stadia zinken ze naar de bodem van de zee, waar ze na verloop van tijd bedekt worden door sediment en bewaard blijven onder anoxische omstandigheden.
“Zulke afzettingen zijn als een tijdcapsule die waardevolle informatie bevat over vroegere ecosystemen en de soorten die er leefden, hun populatieontwikkeling en genetische veranderingen”, legt Sarah Bolius van het Leibniz Instituut voor Oostzeeonderzoek Warnemünde (IOW) uit.
Duidelijke datering
“Slapende organismen die kunnen worden toegewezen aan specifieke perioden in de geschiedenis van de Oostzee door de duidelijke lagen in het sediment, moeten onder gunstige omstandigheden weer tot leven worden gewekt, waarna ze genetisch en fysiologisch worden gekarakteriseerd en vergeleken met hedendaagse fytoplanktonpopulaties”, vervolgt Bolius.
Door andere sedimentcomponenten, zogenaamde proxies, te analyseren is het ook mogelijk om conclusies te trekken over zoutgehalte, zuurstof en temperatuur in het verleden. “Door al deze informatie te combineren, willen we beter begrijpen hoe en waarom het fytoplankton in de Oostzee zich genetisch en functioneel heeft aangepast aan veranderingen in het milieu”, legt de onderzoeker uit.
240 meter diepte
De onderzoekers bestudeerden sedimentkernen die in 2021 tijdens een expeditie met het onderzoeksschip Elisabeth Mann Borgese op 240 meter diepte in het Oost-Gotland Diep werden meegenomen. Met de juiste voeding en licht konden de algen uit hun slapende toestand worden gehaald. De monsters werden genomen uit verschillende sedimentlagen die een tijdspanne van ongeveer 7000 jaar vertegenwoordigen.
De diatomeeënsoort Skeletonema marinoi was de enige fytoplanktonsoort die in alle monsters werd teruggevonden. Deze diatomeeën komen veel voor in de Oostzee en zijn typisch voor de voorjaarsbloei. Het oudste monster met levensvatbare cellen van deze soort werd gedateerd op ongeveer 6871 jaar.
Net zo sterk als vroeger
“Het is opmerkelijk dat de algen niet alleen hebben overleefd, maar ook niets van hun biologische vermogens hebben verloren. Ze groeien, delen en fotosynthetiseren net als hun moderne nakomelingen”, vertelt Bolius.
Dit geldt zelfs voor de cellen uit de ongeveer 7000 jaar oude sedimentlaag, die een gemiddelde groeisnelheid hadden van ongeveer 0,31 celdelingen per dag – een waarde die vergelijkbaar is met de groeisnelheid van hedendaagse S. marinoi-stammen. Ook de fotosynthetische prestaties waren op peil gebleven. Zelfs de oudste algen konden nog steeds actief zuurstof produceren op een niveau dat vergelijkbaar is met de huidige soorten.
DNA-analyse
De onderzoekers analyseerden ook de genetische profielen van de herboren algen en ontdekten dat de monsters uit de verschillende sedimentlagen ook verschillende genetische groepen vormden.
Ten eerste sloot dit uit dat er kruisbesmetting kon zijn opgetreden tijdens het kweken van de stammen uit sedimentlagen van verschillende leeftijden. Ten tweede bewijst dit dat opeenvolgende populaties van S. marinoi in de Oostzee in de loop van duizenden jaren genetisch veranderd zijn.
Zelden zo oud
Het fenomeen dat organismen gedurende zeer lange perioden in slapende toestand kunnen overleven en daardoor onder geschikte omstandigheden weer wakker kunnen worden om zich te verspreiden, is ook bekend uit andere studies, bijvoorbeeld bij plantenzaden of kleine schaaldieren, waarvan sommige eeuwenlang, zelfs millennia lang levensvatbaar blijven.
De succesvolle wederopstanding na zo’n lange tijd, zoals in het geval van S. marinoi, is echter zelden gedocumenteerd. Met een leeftijd van ongeveer 7000 jaar behoren de piepkleine cellen van deze diatomee tot de oudste organismen die met succes uit hun slaap zijn gehaald. Uit aquatische sedimenten zijn tot nu toe geen oudere gevallen bekend.
“Ons onderzoek laat zien dat we genetische veranderingen gedurende duizenden jaren direct kunnen traceren door levende cellen te analyseren in plaats van alleen fossielen of DNA-sporen”, concludeert Bolius. Verdere genetische analyses van de gereactiveerde algenstammen zullen bijdragen aan een beter begrip van de oorzaken van deze genetische veranderingen.
