Vroeger stonden de bossen er vol mee: palmvarens, ook wel bekend als Cycadales. Het was het favoriete hapje van veel dinosauriërs, tot het moment van de grote inslag. De meeste soorten zijn sindsdien uitgestorven en slechts een kleine groep heeft het weten te overleven. Wetenschappers hebben ontdekt hoe ze dit is gelukt; ze handelden er flink op los met symbiotische bacteriën.
Het onderzoek, dat is gepubliceerd in het blad Nature Ecology & Evolution, wijst het verschil aan tussen soorten die we vandaag de dag nog steeds kennen en soorten die inmiddels uitgestorven zijn. Zo maken veel van de overlevende palmvarensoorten gebruik van een proces dat ook wel bekend staat als stikstoffixatie, terwijl dat bij de uitgestorven soorten niet het geval is. Enfin, eerst maar eens een paar stapjes terug, want wat is stikstoffixatie en waarom is het zo belangrijk?
Prehistorische handel
Stikstof is veelvuldig aanwezig in onze atmosfeer. Je zou dan ook denken dat het geen probleem zou moeten zijn voor palmvarens om stikstof op te nemen uit de lucht en zo te gebruiken, maar dat is helaas niet helemaal hoe het werkt. Zo is het probleem dat de onderlinge stikstofverbinding in N2 te sterk is voor veel planten (en dieren) om te doorbreken. Echter is deze stikstof toch wel écht nodig, omdat hier bijvoorbeeld aminozuren en DNA van wordt gemaakt. Alhoewel planten dus prima uit de voeten kunnen wat betreft de productie van andere voedingsstoffen, missen ze nét die ene toevoer van stikstof die ze zo erg nodig hebben.
Toch is er nog hoop. Want alhoewel de planten zelf niet de stikstof om kunnen zetten in een bruikbare vorm, kunnen bacteriën dat wél. Om heel specifiek te zijn: bacteriën van het geslacht Rhizobium. Echter hebben zij ook een probleem: met alleen stikstof kom je er nog niet als Rhizobium-bacterie in deze wereld. Zij hebben dus meer en andere voedingsstoffen nodig om te kunnen overleven. Om hun problemen gezamenlijk op te lossen, zijn de palmvarens en de bacteriën een deal aangegaan: de palmvarens geven voedingsstoffen aan de bacteriën, en in ruil hiervoor mogen de bacteriën in de wortels van de plant vertoeven, waar ze stikstof opbreken en omzetten naar bruikbare stoffen die de plant wél kan gebruiken. Zie hier: één van de eerste deals is gesloten op het marktplein van Moeder Natuur.
Fossielen bestuderen
Onderzoeker Michael Kipp was van origine van plan om onderzoek te doen naar de samenstelling van de prehistorische atmosfeer. Hij wilde hier graag fossielen van palmvarens voor gebruiken, omdat het weefsel van deze stikstofhoudende planten veel kan vertellen over de atmosfeer waarin de plant heeft geleefd. “In plaats van dat het een verhaal werd over de atmosfeer, is het een verhaal geworden over hoe de ecologie van palmvarens is veranderd door de jaren heen,” verteld Kipp. “In de paar fossielen die we hebben van soorten die het hebben overleefd zien we dezelfde stikstofkenmerken als bij hedendaagse soorten. Er zaten ook fossielen tussen die geen stikstofkenmerken hadden, en deze bleken allemaal van soorten te zijn die inmiddels zijn uitgestorven.”
Overigens was het nog niet zo simpel om deze fossielen te bemachtigen. Zo waren musea niet al te happig om hun waardevolle fossielen op te geven in de naam van de wetenschap. Echter waren deze wel nodig voor het onderzoek, omdat er bij aanvang van het project nog geen data beschikbaar was wat betreft stikstof afkomstig van plantenfossielen.
Speculeren over stikstof
Het is echter nog wel een raadsel hoe de verkregen stikstof er precies voor heeft gezorgd dat de hedendaagse palmvarensoorten hebben kunnen overleven. “Wellicht heeft de stikstof ervoor gezorgd dat de planten de drastische verandering in klimaat konden overleven,” speculeert Kipp. “Het zou ook kunnen dat palmvarens beter konden concurreren met de andere plantensoorten die opkwamen vlak na de inslag, of allebei.” In ieder geval staat dus vast dat de deal tussen de Rhizobium en de palmvarens er al 66 miljoen jaar voor zorgt dat beiden kunnen overleven. Niet alleen dat: de Rhizobium hebben hun stikstof-imperium zelfs flink weten uit te breiden door hun diensten aan nog veel meer planten te verkopen en inmiddels staat het proces van stikstoffixatie bekend als één van de belangrijkste processen in de natuur. Rhizobium: de stikstofbazen van de plantenwereld.
