PHYVIR expeditie

Geschreven door Guy Schleyer, NIOZ

Een groot voordeel van een (nieuw) groot schip is dat we een diverse groep wetenschappers met elkaar aanvullende expertise en interesses aan boord kunnen nemen. Samen bestuderen we zowel het fytoplankton in het water als de omgeving waarin het leeft en sterft. Elk team van wetenschappers is verantwoordelijk voor verschillende metingen en analyses – sommige worden live uitgevoerd met speciale instrumenten aan boord, maar voor veel andere is apparatuur nodig die alleen in onze thuisinstituten beschikbaar is. We verzamelen allemaal monsters. Heel veel monsters.

Chemische communicatie op zee

Zeewater bevat niet alleen micro-organismen in grote hoeveelheden, maar ook veel chemische stoffen die ze tijdens hun bestaan produceren, verbruiken en verwerken. Samen zorgen mariene micro-organismen voor de kringloop van enorme hoeveelheden koolstof en andere voedingsstoffen (zoals stikstof en fosfor). Deze chemische stoffen, ook wel ‘metabolieten’ genoemd, worden bovendien door micro-organismen gebruikt om met elkaar te communiceren. Door te luisteren naar deze grotendeels onbekende ‘chemische taal’ van mariene micro-organismen, krijgen we inzicht in hun fysiologische toestand en de ingewikkelde relaties die ze met elkaar hebben.

Het bestuderen van metabolieten van micro-organismen op zee is echter een uitdaging: de hoeveelheden kunnen minuscuul zijn en sommige worden zo snel verwerkt dat het moeilijk is ze te vangen. Bovendien kunnen de zouten uit het zeewater de instrumenten die voor de analyse worden gebruikt, beschadigen. Hoe verzamelen en bestuderen we deze metabolieten dan? Eerst halen we alle micro-organismen uit het zeewater met behulp van verschillende filters. Vervolgens vullen we dit micro-organismevrije zeewater in speciale cartridges die metabolieten opvangen terwijl het zout erdoorheen gaat. Zo kunnen we metabolieten uit grote hoeveelheden zeewater verzamelen en concentreren. Zodra de cartridges vol zitten met metabolieten, kunnen we ze met chemische oplosmiddelen vrijmaken, drogen en bewaren totdat ze in het thuislaboratorium worden geanalyseerd. En natuurlijk gebeurt dit allemaal op een veilige manier – we willen niet dat er glas breekt terwijl het schip vaart.

Ons team begint de dag met twee containers van 20 liter zeewater en sluit de dag af met 50 verschillende monsters die ingevroren worden bewaard totdat ze in het lab kunnen worden geanalyseerd. Met meer dan 20 stations komt dat neer op heel wat monsters die ons zeker bezig zullen houden in de maanden nadat het schip terugkeert naar Texel om te lossen.

10 mei - De perfecte omstandigheden creëren

Geschreven door Jitske Luttikholt (HBO-student) & Amelie Wittig (MSc-student Universiteit van Amsterdam)

We zijn inmiddels goed ingewerkt in onze dagelijkse routines aan boord. Vroeg opstaan, chagrijnig of niet, en nadat we onze veiligheidsschoenen en helm hebben aangetrokken, worden we soms getrakteerd op een prachtige zonsopgang boven de zee. Zodra we de eerste watermonsters van de dag hebben ontvangen, beginnen we met onze tests (incubaties om groei- en sterftecijfers te meten). We hebben ons inmiddels aangepast aan onze routines met betrekking tot de organismen waarmee we werken. Tijdens de experimenten werken we op het schip met levende algen, bacteriën en virussen, dus we willen dat ze zich zo goed mogelijk voelen. De lichtomstandigheden op de verschillende dieptes waar we monsters nemen, variëren en nemen logischerwijs af naarmate we dieper in de waterkolom komen. Om voldoende voedingsstoffen (stikstof en fosfor) binnen te krijgen in het huidige voedselarme oppervlaktewater van de oceaan, houden de algen zich iets dieper op, waar ze nog toegang hebben tot de hogere concentraties voedingsstoffen uit het diepere water. Maar algen hebben licht nodig (voor fotosynthese) en kunnen daarom niet te diep gaan. Daarom zie je een verhoogde concentratie chlorofyl (een belangrijk pigment voor algen) tussen 50 en 100 m, het zogenaamde diepe chlorofylmaximum (DCM). Daar hebben de algen heel weinig licht, maar ze zijn eraan aangepast. Om te voorkomen dat ze worden blootgesteld aan fel daglicht wanneer ze naar de oppervlakte worden gehaald – wat stress veroorzaakt en onze experimenten beïnvloedt – beschermen we deze eencellige algen tegen “verbranding” door te fel licht, net zoals wij onszelf tegen de zon beschermen met zonnebrandcrème en hoeden.

Dit begint al bij het halen van het water: het wordt uit de CTD-bemonsteringsflessen overgeheveld in containers die zijn omwikkeld met meerdere lagen donkere zakken (die regelmatig worden vernieuwd). Ten tweede wordt het licht in onze laboratoriumcontainer gedimd, waarbij de ramen en lampen zoveel mogelijk worden afgedekt. Vervolgens bereiden we voor wat nodig is: we filteren virussen en grazers (roofdieren) eruit, om het fytoplankton te verdunnen en te kijken hoe verminderde sterfte de algengroei beïnvloedt. We maken flessen klaar die in een incubator op het dek worden geplaatst. Om de flessen daarheen te brengen, gebruiken we rugzakken die het licht zoveel mogelijk tegenhouden. Hierdoor voelen we ons net bergbeklimmers, terwijl we over het dek klauteren en verschillende trappen opklimmen om de andere kant van het schip te bereiken. Daar gebruiken we een afdekking terwijl we de flessen op een wiel in de incubator plaatsen, die voorzien is van schermen om de natuurlijke lichtomstandigheden (op de diepte waar ze bemonsterd zijn) na te bootsen. Na deze routine kunnen de algen tijdens onze experimenten prima overleven, en hopelijk krijgen we een aantal fascinerende resultaten!

Geschreven door Dorien Hoexum, promovendus bij NIOZ en UU

Loslaten is niet makkelijk

Vorig jaar heb ik voor mijn promotieonderzoek drie grote trechters aan een verankeringslijn in de Atlantische Oceaan geplaatst. Nu is het tijd om ze op te halen en te kijken welke voedingsstoffen naar de bodem van de oceaan zakken. De trechters liggen langs de route van de PHYVIR-expeditie, waardoor ik als enige geoloog mee kan doen aan dit algenavontuur!

Het ophalen van de trechters begint met ze op te sporen. Alle drie zijn ze verbonden met een lange kabel, vastgemaakt aan een ijzeren blok op de zeebodem dat 800 kilo weegt. Eerst stuurt de dekbemanning een signaal naar de kabel, zodat die zich losmaakt van het blok. We zouden precies op de plek van de trechters moeten zijn, maar het terugkomende signaal komt van meer dan 12 kilometer verderop! Als je apparatuur langer dan een jaar op de zeebodem laat liggen, kan er natuurlijk van alles misgaan. Zitten de trechters nog vast aan het verankeringsblok? Zijn ze door de stroming verplaatst? Gelukkig heeft de bemanning van de RV Anna Weber-van Bosse veel ervaring met dit soort klussen!

Een goed geoliede machine

Zodra we op de plek van het signaal aankomen, krijg ik een e-mail van het baken. Dit werkt alleen als het boven water is, wat betekent dat het losmaken gelukt is! Als we vanaf de brug uitkijken, zien we na een tijdje de oranje boei, zodat de bemanning kan beginnen met het binnenhalen van de trechters. Het wordt meteen duidelijk dat ik de enige ben die hier nerveus over is: de bemanning pakt het aan als een geoliede machine. Het kost de hele ochtend om de trechters aan boord te krijgen: ze bevonden zich op 1500, 3500 en 5000 kilometer onder zeeniveau, wat betekent dat er heel veel kabel moet worden binnengehaald.

Steek je mouwen maar op (of misschien ook niet)

Nu de trechters aan dek staan, is het tijd voor mij om aan de slag te gaan. Het schip blijft nog even op zijn plek liggen zodat de biologen hun werk kunnen doen, wat voor mij best handig is. In de volle zon werken in een regenpak klinkt misschien vreemd, maar het is wel het veiligst. Elke trechter heeft 12 flessen, één voor elke maand, waarin ze alles verzamelen wat in het water naar beneden zinkt. Elke fles bevat een beetje kwik, om alles wat in deze monsters leeft te doden. Ik ben tenslotte geoloog: ik ben alleen geïnteresseerd in de chemische samenstelling van het materiaal. Zodra ik alle flessen heb gesloten en schoongemaakt, worden ze in de koelkast bewaard, zodat ik ze kan analyseren zodra ik terug ben in het lab.

Geschreven door Jasmin Stimpfle (marien bioloog, Alfred Wegener Instituut), Thomas Cupido (masterstudent, RUG), Melle Versluis (PhD-kandidaat bij Phyvir, UvA) en Yael Artzy-Randrup (universitair docent, UvA)

Nu we afscheid hebben genomen van het laatste stukje land dat we de komende maand zullen zien en officieel internationale wateren zijn binnengevaren, kan het echte avontuur beginnen: watermonsters verzamelen uit de diepten van de oceaan.

Elke ochtend om 5 uur worden we zachtjes wakker gerommeld door de boegschroeven van het schip. Ze houden het schip perfect stabiel, zodat we kunnen beginnen met bemonsteren met het Ultra-Clean CTD (UCC)-systeem, waarmee we zeewater kunnen verzamelen op verschillende dieptes (tot in de diepzee!). Wij, het UCC-team (Jasmin, Thomas, Melle en Yael), gaan naar de kleedkamer, trekken onze veiligheidslaarzen en helmen aan en verzamelen ons op het dek. De dekbemanning is er al.

Even is alles rustig. De oceaan is nog donker en eindeloos, terwijl de lucht om ons heen langzaam roze en oranje kleurt. We krijgen een spectaculair uitzicht voordat het allemaal begint. De bemanning laat de UCC in het water zakken, een zwaar frame dat meer dan een halve ton weegt.

Op verkenning in de diepte

Zodra de UCC onder de golven verdwijnt, beginnen de sensoren met het meten van temperatuur, zoutgehalte, waterdichtheid, chlorofylfluorescentie (een indicator voor de algen in het zeewater), zuurstofconcentratie en nog veel meer, waardoor een verticaal profiel van de oceaan onder ons ontstaat. Onze hoofdwetenschapper, Corina, houdt de binnenkomende gegevens nauwlettend in de gaten terwijl het profiel in realtime op haar scherm verschijnt.

Terwijl het instrument door de waterkolom omhoog komt, bepaalt Corina precies op welke dieptes er zeewatermonsters worden genomen. Ondertussen schrobben twee van ons de cleanroom schoon waar de monsters later verwerkt zullen worden. Zodra de UCC weer aan de oppervlakte komt, gaat het snel. Het instrument wordt overgebracht naar onze cleanroom-laboratoriumcontainer, uitgerust met een luchtfiltersysteem dat is ontworpen om verontreiniging buiten te houden. Hier wachten we al in volledige cleanroom-uitrusting: overall, haarnetjes en rubberen laarzen, ergens tussen een ziekenhuis-ER en een low-budget ruimtemissie in.

Zwaar metaal in de cleanroom

Een verontreiniging waar we extra hard ons best op doen om te vermijden, is ijzer. De micro-organismen die we hier bestuderen, komen uit omgevingen die extreem ijzerarm zijn, dus zelfs de kleinste sporen van ijzerverontreiniging kunnen de experimenten beïnvloeden. Dat betekent dat alles uiterst schoon moet blijven: geen slordigheden, geen rondzwevend stof en geen roestige apparatuur in de buurt van de monsters. Zelfs het frame van de UCC is van titanium gemaakt om verontreiniging door sporenmetalen tijdens het verzamelen van zeewater tot een minimum te beperken. Toch klinkt er, terwijl de zeewatermonsters worden verwerkt, vrolijke rock- en light metal-muziek tegen de wanden van de container. Tussen de steriele pakken, de gefilterde lucht en de zware gitaarriffs is er in de cleanroom een heel bijzondere sfeer ontstaan.

Zodra elke monsterfles gevuld is, brengt het UCC-team deze naar de kleine gang in de UCC-container, waar hij door een ander toegewijd lid van de wetenschappelijke groep aan boord wordt meegenomen. Ze delen de watermonsters uit aan verschillende onderzoeksgroepen die geduldig in de rij buiten de container staan te wachten. Iedereen staat te popelen om verschillende parameters te gaan meten of incubatie-experimenten op te zetten (daarover later meer in toekomstige posts). Het is een zorgvuldig gecoördineerde operatie en elk team is voor zijn werk afhankelijk van deze monsters. Tegen de tijd dat de laatste flessen zijn overhandigd, zijn we net op tijd voor het ontbijt (het programma is zorgvuldig gepland om ervoor te zorgen dat iedereen op tijd kan eten).

Een sinaasappel per dag houdt scheurbuik weg

Het ontbijt bestaat altijd uit eieren (bijvoorbeeld een verse omelet), havermoutpap en daarnaast zijn er soms pannenkoeken en gesneden fruit – en dat allemaal midden op de oceaan. En hoewel we proberen de verse sinaasappels niet al te vroeg in de reis op te maken, blijft het moreel hoog en scheurbuik op afstand.

Meteen na het ontbijt gaat de UCC weer naar beneden voor een tweede ronde bemonstering, zodat alle teams alles kunnen verzamelen wat ze nodig hebben. Tegen de tijd dat we klaar zijn met de verwerking van de tweede bemonstering en eindelijk de labcontainer uitstappen, kijkt een van ons op de klok. Het is pas 10 uur 's ochtends…

3 mei - Zorg dat je zeebenen er klaar voor zijn voor een veiligheidsoefening!

Geschreven door Eva Hekma

Vliegende vissen en wankele zeebenen

Gisteren zijn we de haven uitgevaren. Terwijl de kustlijn langzaam uit het zicht verdween en de golven hoger werden, stonden we allemaal op het dek te kijken naar vliegende vissen die vlak naast het schip uit het water schoten. Niet iedereen genoot echter alleen maar van het uitzicht. Veel onderzoekers moesten nog hun zeebenen vinden. Gelukkig zag het er vanochtend al heel anders uit.

Alle apparatuur is vastgezet voor de eerste golf

Gelukkig zag het er vanochtend al heel anders uit. Tegen de ochtend hadden de meeste mensen hun evenwicht gevonden en kon het echte werk beginnen. Werken op zee brengt net iets meer veiligheidsmaatregelen met zich mee dan werken op het land. Voordat we vertrokken, hadden we al onze laboratoriumapparatuur en kratten vastgezet om te voorkomen dat ons lab bij de eerste fatsoenlijke golf plotseling zou besluiten om zijn eigen onderzoek te doen.

Zeven korte en één lange

Na bijna een dag op zee was het tijd voor onze eerste veiligheidsoefening. Iedereen was druk bezig met de voorbereidingen voor onze eerste watermonsters toen we ons werk onderbraken. De scheepstoeter liet zeven korte tonen horen, gevolgd door één lange, terwijl de alarmsystemen binnen meededen met luide, onmiskenbare piepjes. Dat signaal betekent maar één ding: meld je bij het verzamelpunt, de aangewezen plek op het dek. In het begin ging dat niet helemaal soepel. Een groot deel van de groep stond enthousiast klaar, maar op de verkeerde plek. Gelukkig is dat precies waarom je oefent.

Overleven op zee in de praktijk

Toen iedereen eindelijk de juiste plek had gevonden, legde de bemanning uit wat we moesten doen als we ooit echt het schip zouden moeten verlaten. Gelukkig was veel hiervan al bekend dankzij de overlevingstraining op zee die we van tevoren hadden gevolgd. De specifieke procedures voor dit schip werden nog eens doorgenomen, maar het was allemaal een opfrisser. Met de veiligheid weer vers in ons geheugen en onze zeebenen eindelijk gevonden, waren we klaar om vol vertrouwen weer aan het werk te gaan.