Het verrassende nachtleven van turfalgen

In de grotendeels lege tropische oceaan kunnen koraalriffen toch gedijen. Dat is te danken aan fotosynthese door algen en koralen. Algen en koralen gebruiken ongeveer de helft van de omgezette zonne-energie om te groeien en zich voort te planten. Een deel van de restenergie wordt opgeslagen in opgeloste organische stoffen en uiteindelijk losgelaten in het water. Deze kostbare grondstoffen gaan niet verloren. Ze zijn voedsel voor onder andere bacteriën, die op hun beurt door grotere dieren worden opgegeten. Dit recyclingproces van energie wordt de microbial loop genoemd. Over het algemeen is de afgifte van opgeloste organische stoffen gedurende de dag het hoogst. In de nacht, wanneer er geen fotosynthese plaatsvindt omdat het donker is, daalt de afgifte sterk.

Een onverwachte ontdekking

"Tijdens mijn promotieonderzoek onderzocht ik het effect van licht op de afgifte van opgeloste organische stoffen in verschillende koralen en algen. Zoals verwacht nam in het donker de afgifte sterk af. Daarnaast kwamen er meer opgeloste organische stoffen vrij bij hoge lichtintensiteit dan bij matige lichtintensiteit," legt Benjamin Mueller uit. Maar toen hij naar turfalgen keek, deed hij de verrassende ontdekking dat ze juist in het donker de hoogste afgifte hadden. "In eerste instantie was ik bang dat we een fout hadden gemaakt. We dachten dat de monsters besmet waren geraakt, of dat er iets mis was gegaan met de chemische analyse."

Wat een vergissing leek, bleek een zeer belangrijke ontdekking. Er wordt nu aangenomen dat de hoge nachtelijke afgifte in turfalgen waarschijnlijk wordt veroorzaakt door cyanobacteriën, die in het donker kunnen fermenteren en daarbij organische stoffen afgeven. Cyanobacteriën zijn een toenemende component van turfalg-gemeenschappen. Er werd een divers team samengesteld van onderzoekers uit Nederland, Duitsland en de Verenigde Staten om het fenomeen te onderzoeken.

Kwaliteit boven kwantiteit

Het team zette een experiment op om de afgifte van opgeloste organische stoffen uit turfalgen overdag en 's nachts te meten. De zogenaamde dagstoffen en nachtstoffen werden vervolgens gevoerd aan heterotrofe bacteriën om te zien hoe effectief ze de stoffen gebruiken om te groeien. Uit de resultaten blijkt dat de bacteriën de nachtstoffen veel sneller absorberen, maar dat ze niet in staat zijn om deze stoffen efficiënt te gebruiken om te groeien. In plaats daarvan worden ze uitgeademd en wordt er CO₂ afgegeven. De dagstoffen zijn van hogere kwaliteit. Ze worden veel efficiënter opgenomen en omgezet in bacteriële biomassa, wat het rif ten goede komt. "Deze nieuw gegroeide bacteriën kunnen vervolgens worden opgegeten door filtervoeders en andere bacteriële roofdieren. Daardoor komen energie en voedingsstoffen - die aanvankelijk zijn opgeslagen in opgeloste organische stoffen - in de klassieke voedselketen terecht," legt Mueller uit.

Verandering in de loop van de tijd

Curaçaose koraalriffen zijn de afgelopen decennia drastisch veranderd. Eerst bestonden ze voornamelijk uit koralen en verkalkende algen, nu bestaan meer ze uit vlezige algen en turfalgen die cyanobacteriën bevatten. Het team wilde de dag- en nachtafgifte van opgeloste organische stoffen in het heden vergelijken met die van enkele decennia geleden. Mueller: "Uit onze berekeningen blijkt dat in het verleden ongeveer tweederde van de opgeloste organische stoffen overdag vrijkwam en slechts een derde 's nachts. Tegenwoordig kan tot de helft van de opgeloste organische stoffen 's nachts vrijkomen." Deze verandering heeft effect op het hele rifsysteem: de stoffen die 's nachts vrijkomen door bacteriën worden uitgeademd waardoor er kostbare energie verloren gaat. Deze nachtstoffen komen dus niet in de oorspronkelijke voedselketen terecht.

Toekomstperspectieven

Mueller voorspelt dat het relatieve aandeel van opgeloste organische stoffen die 's nachts vrijkomen in de toekomst waarschijnlijk zal toenemen. Hij verwacht dat de hoeveelheid matvormende cyanobacteriën en algengemeenschappen gaat toenemen door klimaatverandering. Mueller en zijn team gaan door met het bestuderen van de turfalgen, en het in kaart brengen van de chemische samenstelling van de opgeloste organische stoffen die 's nachts vrijkomen. Ze zullen zich ook richten op de veranderingen in de bacteriële gemeenschap en het effect op andere belangrijke organismen die opgeloste organische stoffen consumeren, zoals sponzen.

Meer informatie

• Het wetenschappelijke artikel Nocturnal dissolved organic matter release by turf algae and its role in the microbialization of reefs verschijnt vandaag in het tijdschrift Functional Ecology. Het is geschreven door B. Mueller, H.J. Brocke, F.L. Rohwer, T. Dittmar, J. Huisman, M.J.A. Vermeij en J.M. de Goeij.

Tekst: IBED
Foto's: Benjamin Mueller (leadfoto: gezond koraalrif met koraal en verkalkende algen)