MaMa-cursus onderzoeksprojecten van studenten

Project 1: Getijdendynamiek van het Marsdiep

De Waddenzee is een complex getijdenecosysteem dat voortdurend verandert in termen van stromingen, golven, zeespiegel, temperatuur, zoutgehalte, sedimentconcentratie en daarmee ook lichtomstandigheden en beschikbaarheid van voedingsstoffen. Deze dynamische omgeving stimuleert de biodiversiteit en productiviteit onderin de voedselketen (fytoplankton en zoöplankton). In dit project gebruik je temperatuur- en zoutgehaltemetingen, geregistreerde stroomsnelheden over de hele diepte om het water te karakteriseren dat tijdens een volledige getijdencyclus door het Marsdiep stroomt. Uit de analyse blijkt of er verschillen zijn in watermassa's en of er een netto-instroom of -uitstroom is via de inham. Vervolgens kunnen we de biotische en abiotische gevolgen van de waargenomen hydrodynamische omstandigheden afleiden. Voor dit project is programmeerervaring vereist (bij voorkeur Matlab of Python).

Project 2: Getijdendynamica en het effect daarvan op sedimenttransport

Elke dag verplaatsen getijdenstromingen tonnen zwevend sediment van de Noordzee naar de Waddenzee en weer terug, via de getijdeninlaten die de Waddeneilandenketen doorbreken. In de Waddenzee, door de eilanden beschut tegen de kracht van de binnenkomende Noordzeegolven, bezinken zwevende sedimentdeeltjes op de zeebodem. Na verloop van tijd hopen de sedimenten zich op tot uitgestrekte wadplaten die bij eb tevoorschijn komen. Deze wadplaten zijn het typische landschapselement van de Waddenzee en een belangrijke habitat voor het zeeleven. Of dit landschap behouden blijft bij toekomstige zeespiegelstijging en lokale bodemdaling, hangt af van het evenwicht tussen sedimentimport en -export via de getijdeninlaten. In dit project kwantificeer je het transport van zwevend sediment in de Texelstroom in relatie tot de dynamiek van het getij.

Project 3: Met stabiele isotopen het voedselweb van de Waddenzee ontrafelen

De Waddenzee is het belangrijkste voedselgebied voor trekvogels die in Noordwest-Europa rusten, maar speelt ook een belangrijke rol voor andere soorten, zoals zeehonden, vissen en ongewervelde dieren, om er maar een paar te noemen. In dit project gebruik je koolstof- en stikstofisotopensignaturen van verschillende soorten in de Waddenzee, die hun vroegere voedingspatroon weerspiegelen, om de belangrijkste voedselbronnen en daarmee een basisvoedselweb van de Waddenzee vast te stellen. Je verzamelt monsters van fytoplankton en zoöplankton in de waterkolom, bentische algen, macro- en megafauna van de wadplaten (moddervlakte) en van sediment uit grotere waterdieptes (Marsdiep). Je analyseert deze monsters op stabiele koolstof- en stikstofisotopen om verschillen in de samenstelling van het voedselweb van beide gebieden te onderzoeken. Je verwerkt de gegevens met R-pakketten die speciaal zijn ontworpen voor stabiele isotopenecologie. Zijn er verschillen in primaire producenten, mogelijk verschillende basisisotopenwaarden, en hoe werkt dit door in de voedselketen?

Project 4: Getijdeninhammen – toegangspoorten voor de export van methaan uit kustgebieden naar de open zee

Met name in mariene omgevingen zijn de productie, het verbruik en het transport van het krachtige broeikasgas methaan niet goed onder controle. Het binnenste plat is de belangrijkste bron van mariene methaanemissies naar de atmosfeer, hoewel het slechts ~3% van het mondiale oceaanoppervlak beslaat. In deze ondiepe wateren leidt een hoge primaire productie tot een ophoping van organisch materiaal in sedimenten. De afbraak van organisch materiaal onder zuurstofloze omstandigheden leidt tot hoge concentraties methaan in sedimenten en het water. In het water kunnen microben het afbreken, maar het kan ook wegstromen of vrijkomen in de atmosfeer. Getijdengebieden zoals de Waddenzee wisselen tweemaal daags grote hoeveelheden water uit met de open zee. Een aanzienlijke hoeveelheid methaan die vrijkomt uit sedimenten in de Waddenzee komt via getijdenkanalen en inhammen in de Noordzee. In dit project verzamel je watermonsters bij afzonderlijke hydrocaststations en verzamel je snelheidsgegevens langs een transect dat het Marsdiep doorkruist, en meet je de methaanconcentraties in deze monsters met gaschromatografie. Samen met gegevens over de methaanverdeling kunnen we hiermee de massaflux van methaan schatten dat via het Marsdiep uit de Waddenzee verdwijnt. Daarnaast verzamel je water- en sedimentmonsters om de snelheid van methanogenese en methanotrofie te meten, zodat we meer inzicht krijgen in de methaandynamiek in dit voortdurend veranderende mariene systeem.

Project 5: Op zoek naar een niet-gekweekte groep oxalotrofe bacteriën

Oxalotrofie verwijst naar een voedingsstrategie waarbij een organisme zijn cellulaire koolstof haalt uit de afbraak van oxaalzuur en oxalaatzouten, zoals calciumoxalaten, en zo energie bespaart. Van alle oxalotrofe micro-organismen is het meeste onderzoek gedaan naar de soorten die in de darmen van zoogdieren leven. Zij beperken het risico op nierstenen en reguleren de opname van mineralen die sterk gebonden zijn aan het oxalaatanion. In de bodem spelen oxalotrofen een rol in bijvoorbeeld de voeding van planten en de interactie tussen planten en microben. Over de identiteit en functie van mariene oxalotrofen is niets bekend. Met metagenomica en vergelijkende genoomanalyses onthulde ons team onlangs het bestaan van een niet-gekweekte groep oxalotrofe bacteriën, die wijdverspreid is in mariene habitats. Hoewel verschillende groepen algen, sponzen en schimmels potentiële producenten van oxalaten zijn in open oceaanomgevingen, zijn halofyten de belangrijkste bronnen in sommige kustecosystemen. Bovendien kunnen rivieren oxalaten van terrestrische oorsprong in kustecosystemen lozen, terwijl ijzeroxalaten, waarvan wordt aangenomen dat ze in overvloed worden gevormd in sommige stofdeeltjes in de lucht, kunnen worden afgezet op het oppervlak van open oceaanwateren. Al deze waarnemingen wijzen op een groot aantal mogelijke functies voor mariene oxalotrofe bacteriën. In dit project ga je proberen mariene oxalotrofe bacteriën te isoleren uit water en sedimenten die je verzamelt in een zoutmoeras. Dit is een eerste belangrijke stap in het onderzoek naar de ecologische functie van deze micro-organismen. Je gebruikt verschillende nieuwe microbiologische media en een verdunningsplaatmethode om microbiële kolonies te kweken, de ontwikkeling van microbiële (micro)kolonies te volgen met stereomicroscopie. Met groeitests in vloeibare media ga je valideren dat cellen uit zuivere kolonies in staat zijn om te groeien met oxalaat als enige koolstofbron.

Project 6: Hoe kenmerken van de zeebodem de samenstelling van macrozoobenthische gemeenschappen bepalen

Macrozoobenthische organismen vervullen belangrijke ecologische functies in de Waddenzee door nutriëntencycli te reguleren. Ook zijn ze een belangrijke voedselbron voor vogels, vissen en mensen. Aangezien de Waddenzee bestaat uit een dynamisch mozaïek van onderwaterlandschappen (zand, modder, mosselbanken, enz.), is inzicht in hoe ecologische gemeenschappen van macrozoobenthische ongewervelden variëren langs de zeebodem essentieel. Daarmee kunnen we namelijk voorspellen hoe toekomstige veranderingen in het mariene milieu deze gemeenschappen en de diensten die zij leveren zullen beïnvloeden. In dit project gebruik je een multibeam-echolood om de zeebodem in kaart te brengen en de fysieke kenmerken ervan te bepalen. Vervolgens neem je met behulp van box corers monsters van zachte sedimenten op meerdere locaties die worden gekenmerkt door contrasterende omgevingsomstandigheden. In het laboratorium identificeer je vervolgens de macro-ongewervelden die in elk monster aanwezig zijn, waarna je met kwantitatieve community ecology-tools onderzoekt welke omgevingsvariabelen van invloed zijn op de samenstelling van macrozoobenthische gemeenschappen.