Onderzoekers zijn er in geslaagd om slapende cellen in zee, die soms al zestig jaar lagen te dutten, wakker te maken. En deze cellen van microalgen bleken zich daar op die zeebodem prima te hebben aangepast aan de opwarming van de aarde. Dat is goed nieuws voor alle zeeleven en zelfs voor ons.
De studie is uniek in zijn soort, legt onderzoeker Conny Sjöqvist uit aan Scientias.nl. “Dit is voor het eerst dat iemand heeft aangetoond dat fytoplankton in natuurlijke omstandigheden het tempo van de opwarming kan bijhouden. Dat is tot nu toe alleen nog maar bewezen in het lab en dat lijkt maar heel weinig op de evolutionaire uitdagingen waar organismen in zee mee te maken hebben. We waren ook in staat om veel genotypen te laten ontwaken uit verschillende jaren sinds de jaren 60, wat de resultaten van deze studie erg robuust maakt.”
Nieuwe optimale temperatuur
Door op verschillende dieptes sediment op te graven in de Scherenzee bij Finland, konden de onderzoekers van de Finse Åbo Akademi University op verschillende momenten in de tijd vaststellen hoe de organismen zich hadden aangepast aan de opwarming. Ze vergeleken daarbij de cellen uit de jaren 60 met die uit de jaren 90 en na 2010. De optimale temperatuur voor de dieren bleek te zijn gestegen met 0,89 graden, terwijl de gemiddelde watertemperatuur tussen 1960 en 2020 met ongeveer 2,5 graad is toegenomen.
Slapende cellen wakker maken
Het is overigens nog niet zo makkelijk om slapende cellen wakker te maken. “Het sediment waar de cellen in lagen, hebben we eerst gemixt met gefilterd zeewater dat voedingsstoffen en vitamines bevatte die essentieel zijn voor hun groei. Dit kan op zichzelf al een schok veroorzaken bij de cellen waardoor ze uit hun slaap komen” legt Sjöqvist uit.
“Daarna werd het mengsel in bakjes gelegd die zorgvuldig gereguleerd werden op het gebied van licht en temperatuur. Dagelijks keken we onder de microscoop of het fytoplankton al wakker werd. Toen we zagen dat de cellen zich actief gingen delen, hebben we ze met een micropipet geïsoleerd en overgebracht naar een nieuw schaaltje. Op deze manier konden we celculturen kweken van veel genotypen op verschillende momenten in de afgelopen 60 jaar.”
Cruciale microalgen
Het was daarbij moeilijker om de oudere cellen wakker te maken. “Dat komt omdat er minder levensvatbare rustfases zijn naar mate je dieper het sediment ingaat en dus verder terug in de tijd. Je hebt daarom ook een beetje geluk nodig dat je een laag sediment vindt met veel levensvatbare cellen. Dit is een beetje trial en error en kost erg veel tijd.”
Maar het heeft belangrijke kennis opgeleverd. “Eencellige microalgen spelen een sleutelrol in het functioneren van mariene ecosystemen, aangezien ze de basis vormen van de voedselketen”, aldus Sjöqvist. “Ze zijn ook verantwoordelijk voor de helft van alle zuurstofproductie op aarde en maken de atmosfeer geschikt voor een groot deel van het leven op deze planeet.”
Andere vorm en genen
De cellen van na 2010 konden dus beter tegen hogere temperaturen. Dat komt doordat ze een andere vorm en een andere genexpressie hebben. Zo konden ze meer voedingsstoffen opnemen wat nodig is omdat hun metabolisme versnelt bij hogere temperaturen. Tegelijkertijd ervoeren de cellen van na 2010 de warmte als minder stressvol dan de cellen uit de jaren 60.
Sjöqvist vertelt: “Opmerkelijk genoeg was er geen verschil tussen cellen uit de jaren 60 en 90 als het gaat om de temperatuur waar ze tegen bestand waren. Wel was er een groot verschil tussen cellen uit de jaren 60 en die van na 2010. Zo was er een duidelijke verandering in celbreedte in de cellen uit de jaren 10. We denken dat de bredere cellen efficiënter zijn in de opname van voedingsstoffen uit hun omgeving, wat een voorwaarde is voor duurzame groei bij hogere temperaturen. Dit is een eigenschap die de 2010-cellen hebben verkregen door adaptatie.”
Hoopvolle toekomst
Je zou denken dat dit positief is voor het toekomstige zeeleven. “Op het eerste gezicht kunnen we dit beschouwen als goed nieuws voor het zeeleven in het algemeen. Het is geweldig dat deze ecologisch essentiële organismen die aan de basis staan van de mariene voedselketen het tempo van de wereldwijde opwarming kunnen bijhouden”, begint de Finse wetenschapper.
“Maar we weten nog niet genoeg over wat de aanpassing aan hogere temperaturen heeft betekend voor andere kwaliteiten van deze belangrijke prooidieren. Zoals we laten zien is de vorm van de cellen veranderd. Dit kan al gevolgen hebben voor roofdieren die het fytoplankton eten. Een van onze analyses heeft ook al uitgewezen dat de hoeveelheid vetzuren kan veranderen bij hogere temperaturen. Dit moet nog beter bestudeerd worden, maar kan effect hebben op de hele voedselketen. De gezonde vetzuren in vis die wij eten worden bijvoorbeeld oorspronkelijk geproduceerd door fytoplankton en belanden zo steeds hoger in de voedselketen.”
Grote uitdaging
Echt verrast waren de onderzoekers niet. “Alles wat we hebben ontdekt was min of meer in lijn met eerdere labstudies. Misschien was nog wel het meest verbazende dat het gelukt is om deze studie uit te voeren met zo veel bewegende deeltjes en dingen die fout konden gaan. De ontwaking van de cellen is al een grote uitdaging, maar ook de handmatige isolatie van cellen, de grote experimentele set-up en dan nog de genetische analyse. En dan hebben we het nog niet over het nemen van monsters en de chronologische datering van de sedimenten, waarvoor veel expertise van mariene geologen vereist is. Dit was echt een studie waarbij alle puzzelstukjes in elkaar vielen”, besluit Sjöqvist.
