Kalkvormende algen als sleuteltjes in klimaatmodellen

Lennart de Nooijer vertelt: “Als we dit beter snappen, kunnen we misschien ook beter voorspellen hoe de kalkhuishouding in de oceanen gaat veranderen onder invloed van het veranderende klimaat. Want hoe klein ze ook zijn, de bijna oneindige hoeveelheden foraminiferen in de wereldzeeën hebben een meetbare invloed op de koolstofcyclus van de hele planeet”.

Evolutie van een goed idee

De eencellige organismen die De Nooijer bestudeert zijn zogeheten foraminiferen. Het zijn kleine algjes die zijn vernoemd naar de gaatjes (foramina in het Latijn) die ze in hun schelpjes hebben. “Die schelpjes blijken een typisch geval van zogeheten convergente evolutie”, ontdekte De Nooijer. “Het bekendste voorbeeld van convergente evolutie zijn de vleugels die zowel vogels als insecten in de loop van de evolutie hebben ontwikkeld. Beide diergroepen hebben niet een gemeenschappelijke voorouder die het vliegen heeft uitgevonden, maar zij zijn in de evolutie, compleet los van elkaar, ‘op het goede idee gekomen’ om te gaan vliegen met vleugels. Op eenzelfde manier zijn zes verschillende groepen foraminiferen ooit begonnen met het maken van kalkschaaltjes om hun cel.”

Van porselein tot brokken kalk

Wie goed kijkt, ziet tussen de zes groepen foraminiferen essentiële verschillen in de kalkschaaltjes. De Nooijer: “De groep van de milioliden maakt glanzende schaaltjes die gemaakt lijken te zijn van porselein. De nodosariden maken juist weer kegelvormige structuren die er onder de microscoop uitzien als poreuze blokken kalk. De carterinida plakken op hun beurt eindeloos ovaaltjes op elkaar, wat er onder de microscoop ook weer prachtig uitziet.” Binnen een groep kan de variatie ook enorm zijn, weet De Nooijer. “De rotaliden variëren bijvoorbeeld van mini-slakkenhuisjes tot een soort waaiertjes. En dat allemaal rond één enkele cel.”

Groter door kalkskelet

Waaróm foraminiferen die kalkschaaltjes maken, durft De Nooijer niet te zeggen. “Er is een hypothese dat het te maken heeft met het lozen van calcium. Dit zit heel veel in zeewater, maar wil je als levend wezen niet teveel in je cellen hebben. Misschien lozen deze algjes hun teveel aan calcium wel in de vorm van kalk. Maar ondertussen denk ik zelf dat de algjes ook wel baat hebben bij dat kalkschaaltje. In de verre evolutionaire geschiedenis is er bijvoorbeeld een foraminifeer geweest die met zijn ene cel wel tien centimeter groot kon worden. Als je groter groeit, heb je mogelijk een evolutionair voordeel boven andere algjes, maar dat lukt alleen maar als je een stevig uitwendig skeletje hebt”, denkt De Nooijer.

Leren uit aardlagen

Los van die ‘waarom-vraag’ ziet De Nooijer nog een heel praktische toepassing van deze kennis over de schelpjes rond zijn algjes. “Door alle literatuur over deze organismen uit te vlooien, heb ik zes momenten gevonden in de geschiedenis, waarop de foraminiferen zijn begonnen met het vormen van kalk. De hoeveelheden calcium, CO₂, magnesium en andere stoffen in het water, maar ook de temperatuur verschilde behoorlijk tussen die zes perioden. Door naar de verschillende foraminiferen in een bepaalde aardlaag te kijken, kunnen we dus veel leren over de milieuomstandigheden in een bepaalde tijd. Maar omgekeerd kunnen we ook proberen te voorspellen hoe de foraminiferen zullen veranderen onder invloed van de veranderende omstandigheden, bijvoorbeeld door toenemende temperatuur en CO₂ in het oceaanwater.”

Koolstofboekhouding

Het is niet dat De Nooijer zich nu zorgen maakt over bijvoorbeeld het uitsterven van bepaalde foraminiferen door het veranderende klimaat. “Maar het veranderen van de samenstelling van al deze algen heeft wel een enorme invloed op de kalk- en CO₂-huishouding van de oceanen. Tijdens het vormen van kalk stoten de algjes bijvoorbeeld zelf ook CO₂ uit. We kunnen de complete koolstofboekhouding van de oceanen dus nooit helemaal begrijpen, als we niet begrijpen hoe deze foraminiferen omgaan met kalk en CO₂.”

Tegenstrijdige resultaten

In het verleden is met hulp van laboratoriumexperimenten vaker geprobeerd om de invloed van CO₂, temperatuur en calcium op foraminiferen, en daarmee op de hele oceaan te begrijpen. “Daar kwamen steeds heel tegenstrijdige resultaten uit”, zag De Nooijer. “Nu begrijpen we beter waarom: er zijn binnen deze ene groep algen heel verschillende strategieën die allemaal hun eigen omstandigheden vragen.”

Het kwartje viel pas bij de Nooijer toen hij tijdens de corona-periode gedwongen thuis moest werken. “Toen had ik pas de rust en de tijd om alle literatuur over deze algengroep te vergelijken en naar verbanden te zoeken.”  

Tekst: NIOZ 
Tekeningen: Wyville Thomson, ​​Voyage of H.M.S. Challenger 1873-1876. Zoology Vol. 9 Foraminifera, 1884