Grote studie naar het plankton in de oceanen

Wanneer men het heeft over rijke ecosystemen die essentieel zijn voor het leven op aarde, denken mensen meestal aan regenwouden, maar het plankton in de oceanen is minstens even belangrijk.

De microscopische wezentjes die ronddrijven in de bovenste laag van de oceanen en die "plankton" genoemd worden, produceren meer dan de helft van de zuurstof, slaan koolstof op in de zeebodem, beïnvloeden ons weer en dienen als basis voor de voedselketen in de oceanen.

Het meeste plankton is echter microscopisch, dus niet zichtbaar met het blote oog, en er is weinig over geweten en veel soorten zijn niet beschreven.

Een internationaal team heeft tussen 2009 en 2013 met de schoener Tara een tocht over de wereldzeeën ondernomen en daarbij duizenden stalen genomen op 210 verschillende plaatsen. Ook onze landgenoot Jeroen Raes van het VIB, de KU Leuven en de VUB, maakte deel uit van het team. De onderzoekers concentreerden zich op de bovenste laag van de oceaan, tot 200 meter diep, waar het licht doordringt en die rijk is aan organismen, maar er werden ook stalen genomen uit de diepere, donkere lagen. 

Ze visten virussen, microben en microscopische eukaryoten, organismen met complexe cellen, die gaan van eencellige algen tot de larven van vissen en kreeftachtigen, op uit verschillende delen van de oceanen en zeeën. de Onderzoekers verzamelden vervolgens het genetisch materiaal van de organismen en goten het in een gegevensbank die nu beschikbaar is voor wetenschappers om verdere studies uit te voeren.

"Dit is de grootste inspanning om DNA te sequencen die ooit gedaan is in het kader van onderzoek naar de oceanen", zei onderzoeker Patrick Wincker van Genoscope. "De analyses brachten zo'n 40 miljoen genen aan het licht, waarvan de grote meerderheid nieuw zijn voor de wetenschap.  Dat wijst erop dat plankton veel biodiverser is dan tot nu werd gedacht."

De onderzoekers hebben tot nu 35.000 soorten bacteriën gevonden, 5.000 nieuwe virussen en 150.000 eencellige planten en andere organismen, waarvan de meeste waarschijnlijk tot nu ook onbekend waren. Tot nu toe zijn er nog maar 11.000 soorten plankton wetenschappelijk beschreven. 

"Wat de eukaryoten betreft, hebben we bijna een miljard genetische streepjescodes gesequenced, en ontdekt dat er een grotere variatie is bij de eencellige eukaryoten in het plankton dan gedacht werd", zei Colomban de Vargas van het Franse CNRS. "Ze lijken veel diverser te zijn dan bacteriën of dieren, en de meeste behoren tot weinig gekende groepen."

De eerste resultaten van het onderzoek zijn op 22 mei gepubliceerd in vijf studies in een speciale sectie van het tijdschrift "Science".

De Tara is een 30 meter lange schoener (foto: F. Lareille/Tara Expeditions).

Dankzij de nieuwste computermodellen konden de onderzoekers voorspellen hoe de interacties tussen de organismen in het plankton verlopen. Deze voorspellingen werden bevestigd door observaties onder een microscoop.

“We ontdekten dat de oceaan een complex ecosysteem van interagerende organismen is – van virussen tot kleine dierenlarven. De meeste interacties zijn parasitair, en zo worden de voedingsstoffen gerecycleerd langs de voedselketen. De organismen vormen een ingewikkelde voedselketen die CO2 uit de lucht haalt en in de zeebodem opslaat. We ontdekten ook dat parasieten en virussen zeer sterk de samenstelling van dit ecosysteem beïnvloeden. Het in kaart brengen van deze interacties is een eerste stap naar een beter begrip van de dynamiek en structuur van het wereldwijde mariene ecosysteem”, zei Jeroen Raes van het VIB, de KU Leuven en de VUB.

"Het is een ongelofelijk straf moment als je een computervoorspelling checkt onder de microscoop en dat dan blijkt dat je het bij het rechte eind had – dat geeft als wetenschapper een echte kick”, zei Raes nog.

Een diatomee of kiezelwier, een eencellige alg. Diatomeeën maken een groot deel van het plankton uit. 

De wetenschappers onderzochten ook hoe omgevingsfactoren zoals temperatuur, zuurtegraad en voedingsstoffen, de organismen beïnvloeden.

"We ontdekten dat, in de dieptes waar het zonlicht nog doordringt, temperatuur de factor was met de meeste invloed op de samenstelling van de leefgemeenschappen van prokaryoten, - bacteriën en archaea", zei onderzoeker Peer Bork op de website van Tara Oceans. "Verschillende groepen organismen komen samen, afhankelijk van de temperatuur van het water."

"Bovendien hebben we nu een algemeen beeld van de gemeenschappen van mariene virussen, wat ons toelaat een idee te bevestigen dat een tiental jaar geleden voorgesteld was, maar nooit bewezen", zei Matthew Sullivan van de University of Arizona."Virussen worden geproduceerd in plaatselijke 'zaadbanken' en liften dan op de oceaanstromen, zodat je op verschillende plaatsen verschillende cocktails van virussen krijgt. Maar al bij al lijkt de diversiteit van de virussen in de oceanen eerder beperkt."

Weten hoe het plankton verdeeld is over de oceanen, en welke interacties het ondergaat, zal zeer nuttig zijn om voorspellende modellen op te stellen om de klimaatverandering te bestuderen. 

De Tara nam stalen op 210 verschillende plaatsen (kaart: N.Le Bescot/Tara Oceans).

Uniek aan de benadering van het Tara Oceans-team is dat ze stalen hebben genomen uit de wereldzeeën uit alle rijken van het leven, van virussen tot dieren, en dat ze daarbij ook een heleboel gegevens over het milieu hebben verzameld. De gegevens die dat opgeleverd heeft, vormen een basislijn, op wereldschaal, om de impact van de klimaatverandering op de ecosystemen in de oceanen te evalueren in de toekomst.

"De ontdekking dat de temperatuur bepaalt welke soorten er aanwezig zijn, is bijzonder relevant in de context van de klimaatverandering, maar dit is nog maar het begin", zei onderzoeker Chris Bowler van het CNRS. "De gegevens die we verzameld hebben zullen ons en anderen toelaten om nog dieper te graven, en ons toelaten om eindelijk te beginnen te begrijpen hoe deze onzichtbare wereld werkt."

"In het licht van de Klimaatconferentie in Parijs in 2015 is het belangrijk te begrijpen dat de biodiversiteit van het plankton ons klimaat beïnvloedt, door zijn vermogen om koolstofdioxide op te slaan voor een lange tijd. We zouden onmiddellijk bekommerd moeten zijn over deze cruciale mechanismes", voegde Romain Troublé, de secretaris-generaal van de Tara Expeditions daar aan toe. De opwarming van de aarde, en van het zeewater, beïnvloedt immers ook de samenstelling van het plankton, wat dan weer een invloed kan hebben op het vermogen om CO2 op te slaan.