Mei

�April � 2010 � Juli ��Archief ��

Mei 2010

	18 mei	Stikstoffixerende cyanobacteri�n spelen tegenwoordig een hoofdrol in het vastleggen van stikstofgas uit de atmosfeer in de oceanen...
Stikstoffixerende cyanobacteri�n spelen tegenwoordig een hoofdrol in het vastleggen van stikstofgas uit de atmosfeer in de oceanen. Was dit vroeger ook al zo? NIOZ promovendus Thorsten Bauersachs ontdekte specifieke tracer moleculen voor de groep van cyanobacteri�n die een speciaal celtype ontwikkeld hebben voor stikstoffixatie; de heterocyst. Hij ontdekte ook dat deze microben al volop aanwezig waren in vroegere oceanen waarvan de onderste waterlagen zuurstofloos waren. Hierbij voegden zij �nieuwe� stikstof toe aan de stikstofarme bovenste waterlaag. Van deze natuurlijke bemesting profiteerden in eerste instantie de algen en daardoor waarschijnlijk ook de hogere niveaus in de voedselketen. Thorsten Bauersachs verrichtte zijn onderzoek bij het NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek, in samenwerking met het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-CEME)� in Yerseke. Hij verdedigt zijn proefschrift aan de Universiteit van Utrecht op 19 Mei. Situatie in de huidige oceaan Stikstof is een essentieel element dat in grote delen van de oceaan de groei van algen limiteert. Omdat algen aan de basis van de voedselketen staan, werkt dit ook door naar de hogere niveaus in de keten. Dat stikstof een limiterende voedingsstof voor de groei van plankton in de oceaan kan zijn,� is eigenlijk verrassend omdat stikstof als gas volop aanwezig is in de oceaan. Echter, alleen een selecte groep van micro-organismen, de cyanobacteri�n (Fig. 1), kan gebruik maken van deze vorm van stikstof (N2); zij zetten het om in ammonium (NH4+), wat ze voor een deel weer uitscheiden in het water. Dit proces heet stikstoffixatie. Algen kunnen dit ammonium wel als stikstofbron voor hun groei gebruiken, maar stikstofgas niet. Op deze manier bemesten cyanobacteri�n grote delen van de subtropische en tropische oceanen op een natuurlijke manier met stikstof. Fig. 1: (A) Unicellulaire cyanobacterie Anacystis sp. � (B) De filamenteuze non-heterocyst cyanobacterie Lyngbya sp. � (C) De filamenteuze heterocyst cyanobacteri�n� Anabaena sp. � (D) Calothrix sp.�� [Foto�s: U. Wollenzien. Nederlands Instituut voor Ecologie] Ontdekking van specifieke tracer moleculen Cyanobacteri�n zetten stikstof om in ammonium met behulp van het enzym nitrogenase. Dit is zeer gevoelig voor zuurstof en om het enzym te beschermen hebben sommige cyanobacteri�n een speciaal celtype ontwikkeld, de heterocyst (Fig. 1c en 1d). Deze cel is met een dikke wand omwikkeld die als karakteristiek molecuul zogenaamde �heterocyst glycolipiden� bevat. Deze moleculen bevatten een suikergroep aan de kop en een lange koolwaterstof staart (Fig. 2). Omdat deze verbindingen alleen door heterocyste cyanobacteri�n worden gemaakt, vormen ze uitstekende moleculen om de tegenwoordige en vroegere aanwezigheid van deze organismen te kunnen traceren. Fig. 2: Chemische structuren van een aantal heterocyst glycolipiden; allemaal met een suiker kopgroep en een lange koolwaterstofstaart. Situatie in het verleden Bauersachs ontwikkelde eerst een techniek om de specifieke tracer moleculen snel te kunnen analyseren (op basis van HPLC-MS). Toepassing van deze techniek op een reeks van jonge en oude sedimenten liet zien dat ze al aanwezig waren in sedimenten van 49 miljoen jaar oud. Bauersachs: �Analyse van een sedimentkern uit de oostelijke Middellandse Zee liet zien dat de verbindingen voornamelijk voorkwamen in de organisch-rijke sedimentlagen (sapropelen), afgezet gedurende de laatste 150,000 jaar, maar niet in de organisch-arme lagen daar tussenin.� Dit betekent dat heterocyste cyanobacteri�n vooral aanwezig waren in tijdvakken dat er veel organisch materiaal werd geproduceerd via algenbloei�.� Dezelfde resultaten werden� ook in andere sedimenten gevonden, wat aantoont dat stikstoffixerende cyanobacteri�n ook heel vroeger al een belangrijke rol speelden in het bemesten van de bovenlaag van de oceaan. Dit onderzoek werd extern gefinancierd door het Darwin Centrum voor Biogeologie. Bibliografie proefschrift: Bauersachs, T. Development and application of proxies for past cyanobacterial N2 fixation. Geologica ultraiectina, Mededelingen van de Faculteit Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht no. 327, ISBN 9789057441875. De verdediging van het proefschrift vindt plaats in het Academiegebouw van de Universiteit Utrecht op woensdag 19 mei om 14:30 (precies). Meer informatie: - Prof. dr. ir. Jaap Sinninghe Damst�; NIOZ en UU, promotor; Tel.: 0222 369 550 - Dr. ir.� Stefan Schouten; NIOZ, co-promotor; Tel.: 0222 369 565 - Jan Boon, Communicatie & PR, Tel. 0222-369 466, M: 06-2096 3097

	11 mei	Microbi�le activiteit in de diepzee vooral gebonden aan macroscopische deeltjes. �
De diepzee is vooral bekend als een gebied waar veel spectaculair gevormde dieren huizen. Behalve deze bijzondere organismen zijn er echter ook talloze typen van micro-organismen, die uiteindelijk veel meer biomassa vertegenwoordigen dan de hogere dieren. Onderzoekers van de Old Dominion University in Virginia (VS), het NIOZ en de Universiteit Wenen vonden tijdens een vaartocht met het NIOZ onderzoekschip �Pelagia� in de tropische gordel van de Noord-Atlantische Oceaan een hoge correlatie tussen de concentraties van relatief grote, met een videocamera zichtbare deeltjes en de zuurstofopname in de diepzee tussen 2 km diepte en de oceaanbodem. Deze �actieve zwevende deeltjes� zijn tot nu toe aan de aandacht van oceanografen ontsnapt, omdat ze nauwelijks gevangen worden in sedimentvallen; waarschijnlijk omdat ze niet zinken. De resultaten zijn gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift �Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)� (PNAS). De camera gemonteerd op een CTD frame (zie pijl) De micro-organismen in de koude en donkere diepzee zijn voor hun voedsel deels afhankelijk van de 150 meter dunne bovenlaag van de oceaan, waarin algen met behulp van zonlicht kunnen groeien en weer doodgaan. Na hun dood regenen de resten van deze algen weliswaar naar beneden, maar een groot deel ervan wordt alweer door micro-organismen afgebroken tot de bouwstenen in diezelfde bovenlaag en bereikt dus de veel dikkere donkere laag daaronder niet. De diepzee heeft honger De behoefte aan organisch materiaal van heterotrofe organismen in de diepzee is daardoor veel hoger dan de hoeveelheid die aan deeltjes gebonden vanaf het zonovergoten zeeoppervlak naar beneden dwarrelt en in diepwater met een uitgehangen sedimentval (soort grote trechter) kan worden opgevangen. Het gebruik van een videocamera tijdens een vaartocht met het oceaanonderzoekschip �Pelagia� maakte echter duidelijk dat er in sommige waterlagen onder 2 km diepte relatief hoge concentraties aan grote, want met de camera zichtbare deeltjes (> 4 pixels) voorkomen. Die worden echter vrijwel nooit in sedimentvallen aangetroffen, waarschijnlijk omdat ze niet of nauwelijks zinken. In deze waterlagen was de zuurstofconcentratie telkens duidelijk lager dan in de waterlagen eronder en erboven.� De onderzoekers wijten dit aan het relatief hoge zuurstofgebruik van de aan die macroscopische deeltjes gebonden (heterotrofe) micro-organismen. Deze altijd drijvende diepzeedeeltjes blijken dus �hotspots� voor microbi�le activiteit in de diepzee te zijn, waarschijnlijk omdat ze meer verteerbaar organisch materiaal bevatten dan is opgelost in het omringende zeewater. De hamvraag is nu wie of wat deze nieuw ontdekte deeltjes produceert; worden ze in de diepzee zelf geproduceerd of toch door het plantaardige plankton bovenin (�marine snow�)? Daaraan werken de onderzoekers nu verder in Wenen, waar professor Gerhard Herndl net een nieuw type massaspectrometer (NanoSIMS) in gebruik heeft genomen. Ook staat er voor oktober 2010 alweer een nieuwe vaartocht met de Pelagia gepland om de ontbrekende stukken van de koolstofpuzzel in de oceaan te vinden. � Dit onderzoek werd extern gefinancierd door het ARCHIMEDES project van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de National Science Foundation (NSF, USA). Artikel: Bochdansky, A.B., van Aken, H.M., Herndl, G.J. Role of macroscopic particles in deep-sea oxygen consumption. PNAS, May 4, 2010�� vol. 107� no. 18, 8287-8291 ; Lees meer� (Engels) � Meer informatie: - Dr. Hendrik van Aken; Tel. 0222 369 416 - Prof. dr. Gerhard Herndl, gerhard.herndl@nioz.nl en gerhard.herndl@univie.ac.at, Tel. 0043-1-4277-57100. - Jan Boon, Communicatie & PR, Tel. 0222-369 466, M: 06-2096 3097

	10 mei	Temperatuurvariaties in Noord-Atlantische Oceaan en atmosfeer verliepen niet altijd synchroon�
De grote zeestromingen in de Noord-Atlantische Oceaan spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling van het klimaat, doordat in de poolstreek koud en zout water vanaf het zeeoppervlak naar de diepzee stroomt. Een vertraging in de vorming van dit Noord-Atlantisch Diep Water leidt tot afkoeling in NW Europa. Tijdens de laatste ijstijd braken er in bepaalde perioden enorme aantallen ijsbergen van de continentale ijskappen af, die vervolgens al smeltend met de zeestroom meedreven. Hierdoor werd het zeeoppervlak kouder maar ook zoeter, waardoor het water veel minder snel naar de zeebodem zonk. Het promotieonderzoek dat Lukas Jonkers bij het NIOZ verrichtte toont nu aan dat vlak onder dit zoete en koude �deksel� op de oceaan de watertemperatuur al veel eerder steeg. Na het smelten van de ijsbergen steeg de temperatuur aan het zeeoppervlak en de atmosfeer daardoor ineens ongekend snel. Hij verdedigt zijn proefschrift op 12 mei aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Het stelsel van grote zeestromingen in de Noord-Atlantische Oceaan, met in het zuiden het begin van de Golfstroom vanuit de Golf van Mexico en in het Noorden de vorming van Noord-Atlantisch Diepwater, transporteert warmte uit de subtropen naar polaire gebieden. Hierdoor is het klimaat bij ons relatief mild. De grote verticale stroming vanaf het zeeoppervlak naar de zeebodem op ongeveer 4 km diepte in de Noord-Atlantische Oceaan wordt aangedreven door dichtheidsverschillen van verschillende watermassa�s; om snel te kunnen zinken, moet het water koud en zout zijn. Kleine afwijkingen kunnen hier al een relatief grote invloed hebben op de omvang en sterkte van deze zeestroming. Vertraagde reactie oceaanstroming op verzoeting zeeoppervlak Tijdens de laatste ijstijd was een groot deel van Noord-Amerika en Europa bedekt met enorme ijskappen, waarvan periodiek grote stukken afbraken die als vloten van ijsbergen zee kozen. Door het afsmelten van deze ijsbergen werd het zeeoppervlak zoeter, waardoor de drijvende kracht achter de grote zeestromen afnam. Deze ijsbergen bevatten vaak sediment met een heel karakteristieke korrelgrootteverdeling en chemische samenstelling. Omdat tijdens het smelten van de ijsbergen dit sediment naar de zeebodem zinkt, kunnen sedimentkernen gebruikt worden om deze sedimenten nu weer terug te vinden. Met behulp van een statistisch model werd het korrelgrootte bestand van een sedimentkern uit de Noord-Atlantische oceaan ontrafeld om variaties in de toevoer van sediment van smeltende ijsbergen en van de sterkte van de diepe oceaanstroming te kunnen beschrijven. Hierbij bleek er een duidelijke koppeling te bestaan met, zoals verwacht, een vertraging van de bodemstroming bij een zoeter wordend zeeoppervlak. Verrassend was echter, dat beide zaken niet simultaan optraden, maar dat de vertraging van de zeestroming ongeveer 10-100 jaar achterliep bij het zoeter worden van het zeeoppervlak. Dit vertragingsmechanisme kan ook in onze tijd weer relevant zijn voor de respons van de oceaan op het afsmelten van de Groenlandse ijskap. Opwarming in ijstijd Perioden van smeltende ijsbergvloten in het verleden worden vaak geassocieerd met de koudste omstandigheden tijdens ijstijden; deze werden ook binnen een ijstijd afgewisseld met mildere omstandigheden. De ijskernen uit de Groenlandse ijskap vormen een zeer gedetailleerd klimaatarchief van de atmosfeer in het geologische verleden, waarbij perioden met smeltende ijsbergen altijd optreden tijdens de koudste omstandigheden. Deze worden gevolgd door een zeer plotselinge opwarming van wel enkele graden binnen een periode van ��n menselijke generatie. Lukas Jonkers vergeleek deze gegevens met zijn data van in het water levende ��ncellige schelpdiertjes (foraminiferen) waarvan de schelpjes lange tijd in de zeebodem bewaard blijven. De soortsamenstelling van deze foraminiferen en de verhouding tussen magnesium en calcium in hun skelet geven een indicatie van de temperatuur van het zeewater. In tegenstelling tot de Groenlandse ijskernen toont het diepzeesediment dat de zeewatertemperatuur al duidelijk aan het toenemen was tijdens de perioden met smeltende ijsbergvloten. Dit betekent dat de oceaan al aan het opwarmen was toen de atmosfeer nog op zijn koudst was. De zoete oppervlaktelaag fungeerde in die tijd als een deksel op de oceaan. Toen de ijsbergen waren gesmolten, verdween dit zoete deksel snel en warmde de atmosfeer schoksgewijs op door de plotseling vrijkomende oceaanwarmte, zoals gemeten in de Groenlandse ijskernen. De temperaturen van de oceaan en de lucht verliepen dus niet netjes synchroon. Dit onderzoek werd extern gefinancierd door de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) vanuit het Nederlands-Engels-Noorse project VAMOC. Bibliografie proefschrift: Jonkers, L. Rapid oceanographic changes associated with last glacial ice-rafting events. Observations from the past and present northern North Atlantic. ISBN: 9789086594498. De promotie vindt plaats op woensdag 12 mei om 11:45 in de aula van de Vrije Universiteit Amsterdam. Promotor is VU hoogleraar en NIOZ onderzoeker prof. Tjeerd van Weering; copromotoren zijn dr. Geert-Jan Brummer (NIOZ) en dr. Maarten Prins (FALW, VU). Meer informatie: - Lukas Jonkers, Tel. 0222 369 343 - Jan Boon, Communicatie & PR, Tel. 0222-369 466, M: 06-2096 3097
____________________