Nieuwe methode voor ontdekking belang stikstof in verleden

Darci Rush van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) ontwikkelde een nieuwe methode om het belang van de stikstof cyclus in het verleden in zee te onderzoeken. Zij vond een mogelijkheid om afbraakproducten van stikstofverwerkende bacteriën op te sporen in sediment tot wel 1 miljoen jaar oud. Rush hoopt hierop te promoveren op 3 december aan de Universiteit Utrecht.

Ladderaan moleculen zijn vetten die alleen in bacteriën voorkomen die ammonium en nitriet omzetten tot stikstofgas in afwezigheid van zuurstof, een belangrijk proces in de wereldwijde stikstofcyclus. Toch is er niet veel bekend over het belang van dit proces in oudere geologische tijdperken. Rush onderzocht eerst of de ladderaan moleculen konden worden gebruikt om deze ammonium afbrekende bacteriën (anammox) te detecteren in hun huidige omgeving. In het oosten van de tropische Noordelijke Grote Oceaan bleek inderdaad dat deze anammox bacteriën een belangrijke rol spelen, net als in het Cariaco bekken voor de kust van Venezuela, waar helemaal geen zuurstof aanwezig is. Dit toont aan dat op dit moment anammox een algemeen voorkomend verschijnsel in de oceaan is.

Het is belangrijk om te begrijpen hoe de stikstof cyclus in het verleden eruit zag, om te kunnen voorspellen wat er zal gebeuren in de toekomst. In het verleden waren er verschillende momenten waarin zuurstofloze omstandigheden voorkwamen, wanneer zeewatertemperaturen hoog waren, oceaanstromingen veranderden en er daardoor minder zuurstof beschikbaar was in het oceaanwater. Tijdens deze zuurstofarme perioden is het aannemelijk dat het anammox proces een belangrijke rol speelde. Als dit inderdaad zo is, dan is het waarschijnlijk dat dit proces in de toekomst ook een belangrijkere rol zal gaan spelen, doordat klimaatverandering zorgt voor warmer zeewater met minder circulatie en zuurstofloze omstandigheden.

Rush onderzocht wat er met de ladderaan moleculen gebeurt. Bijvoorbeeld hoe ze worden afgebroken wanneer ze naar de oceaanbodem zinken. Hiervoor voerde ze laboratorium experimenten uit, waarbij ze grote hoeveelheden anammox celmateriaal, uit een afvalwaterzuiveringsinstallatie, mengde met Waddenzee sediment, en op kweek zette. Dit had tot gevolg dat de ladderaan moleculen werden afgebroken tot kortere ketens. Deze afbraak werd waarschijnlijk veroorzaakt door micro-organismen uit het Waddenzee sediment. De kortere ketens van ladderaan moleculen waren veelvuldig aanwezig in omstandigheden waar vetten uit anammox bacteriën aan zuurstof werden blootgesteld nadat de bacteriën waren doodgegaan. Dit proces is aangetoond in sediment tot 100.000 jaar oud. Het is zeer waarschijnlijk dat deze korte ketens van ladderaan moleculen ook in oudere sedimenten aanwezig zullen zijn. Daarom is de kans groot dat deze afbraakproducten geschikt zijn om anammox activiteit aan te tonen in oude mariene sedimenten.

Dit onderzoek werd uitgevoerd met financiële steun van het Darwin Centrum voor Biogeowetenschappen en het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee NIOZ.

Darci Rush is in Canada geboren en studeerde Biotechnologie en Biochemie aan de Universiteit van Ottawa. Ze verhuisde naar Marseille in 2004 om Mariene Biogeochemie te studeren aan de Université de la Méditerranée. Darci begon in augustus 2008 aan haar promotieonderzoek bij het Koninklijk NIOZ. Ze is nu werkzaam bij de Universiteit van Newcastle, waar ze onderzoek doet aan bacteriohopaanpolyolen die methaanoxidatie kunnen aantonen.


Foto hierboven: Kweekopstelling van anammox organisch materiaal met Waddenzee sediment.

 
Ladderane vetten (1-4) en hun afbraakproducten (I, II and III)