Suiker in de modder

Eencellige kiezelwieren vormen stevige matten op getijdeplaten en daarvan profiteert al het andere leven. Promovendus Jody de Brouwer ontdekte dat uitgescheiden suikers de lijm vormen die de matten bij elkaar houdt.

De proefopstelling van Jody de Brouwer, chemicus bij het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek (NIOO) in Yerseke, oogt wat absurd: vier bakken zilte modder worden continu in de gaten gehouden door een uitgebreid instrumentarium. Een sensor hangt vlak boven de modder en meet via de lichtreflectie het, met het blote oog onzichtbare, leven. En leven zit er volop in. De bovenlaag van de modder barst van de diatomeeën, eencellige algen met een jasje van silica. Deze diatomeeën, ook wel kiezelwieren genoemd, spelen een cruciale rol in het ecosysteem van rivierdelta's, zegt De Brouwer. Hij promoveert aanstaande maandag op een onderzoek waarin hij voor het eerst duidelijk in kaart brengt hoe diatomeeën via de uitscheiding van suikers hechte matten vormen op slikplaten. ``In het voorjaar groeien de kiezelwieren zo snel en produceren ze zoveel zuurstof, dat ze wat productie betreft vergelijkbaar zijn met het tropisch regenwoud. Van deze enorme primaire productie profiteert al het andere leven op de slikplaten'', zegt De Brouwer.

Hij legt uit dat het slib in de vier bakken afkomstig is van een plaat uit de Westerschelde. ``Ik heb het eerst ingevroren en daarna verschillende malen gesteriliseerd zodat er absoluut geen leven meer in zat'', zegt De Brouwer. Daarna besproeide hij het dode slib met diatomeeën. Al gauw ontstond er op de modder een diatomeeënmat, net als in de vrije natuur. ``Voel maar,'' zegt De Brouwer en hij duwt op het slib, ``Dit vormt een harde en gladde laag op de modder.''

In de experimenteerruimte bepalen een automatische airconditioning-installatie en een ventilator het klimaat. Speciale helderwitte tl-balken verzorgen het daglicht. En twee maal in de vierentwintig uur wordt het `vloed' in de grote gele kuip waarin de vier witte plastic bakken van veertig bij dertig centimeter zijn geplaatst, ieder gevuld met een bruin-groenig slijk. De Brouwer: ``Uit onze metingen blijkt dat diatomeeën maar liefst 40 tot 70% van de suikers die zij via fotosynthese produceren uitscheiden.''

De Brouwer deed ook veel veldonderzoek: in de Westerschelde, de Oosterschelde, de Eems-Dollard, in de monding van de Britse rivier Humber, en in getijdegebieden aan de kust van Schotland en Frankrijk. Overal speelden de diatomeeënmatten dezelfde cruciale rol. In het voorjaar breiden ze zich op grote schaal uit. Gedurende drie tot vier maanden bedekken zij de slikplaten; in die tijd is er geen erosie van de plaat. De microbiële matten vormen een gladde laag over de modder zodat golfslag en stroming er nauwelijks vat op hebben. Deze zogeheten biofilms vangen bovendien vrij in het water zwevende slibdeeltjes in. In een half jaar tijd kan het sediment hierdoor wel zo'n vijf à zes centimeter ophogen.

Maar als de zomer aanbreekt wordt de laag verstoord door wormen, slijkgarnalen, wadslakjes en schelpdieren die de kiezelwieren verslinden en het sediment omwoelen. Elke onregelmatigheid veroorzaakt turbulentie in het water met als gevolg dat de erosie toeneemt. Als de diatomeeën bijna verdwenen zijn, veroorzaken dezelfde windomstandigheden die in het voorjaar niets uitrichtten nu een grote afslag.

De Brouwer analyseerde de samenstelling van de door diatomeeën uitgescheiden suikers, die hij aanduidt met `extracellulaire polymere substantie' (EPS). EPS bestaat voor 95% uit suikers, de rest is eiwit. De chemicus ontdekte dat de diatomeeën twee soorten EPS uitscheiden. Deze verschillen duidelijk in samenstelling, maar ook in de mate en de omstandigheden waaronder zij worden uitgescheiden.

De Brouwer: ``De ene soort EPS is rijk aan negatief geladen suikergroepen die zich sterk hechten aan de sedimentkorrels. Dit type wordt alleen uitgescheiden als er sprake is van een groeibeperking, bijvoorbeeld door een gebrek aan nutriënten of zonlicht. Deze suikers verlenen de stabiliteit aan de biofilm, vangen slib in en stellen de diatomeeën in staat zich door het sediment te bewegen. De andere vorm van EPS bestaat voor 80 tot 90 procent uit glucose en wordt alleen geproduceerd in het licht.''

De promovendus constateerde bij dit tweede type iets vreemds: de suiker die overdag was uitgescheiden verdween 's nachts weer voor negentig procent. ``In de proefopstelling kwamen alleen diatomeeën voor. De enige conclusie die ik kon trekken was dat zij 's nachts zelf weer hun overdag uitgescheiden suikers opaten. De EPS bleek een uitwendig opslagproduct.''

In de cel slaan kiezelwieren de via fotosynthese vastgelegde koolstof op in suikermoleculen, glucanen. Maar kennelijk is de capaciteit daarvan al gauw ontoereikend, en geven de micro-organismen de geproduceerde suikers tijdelijk af aan hun omgeving. ``Het is duidelijk een overflow'', zegt De Brouwer. ``In het veld produceren diatomeeën de eerste twee uren in het licht geen EPS. Pas daarna neemt de EPS-concentratie in het sediment lineair in de tijd toe.''

Diatomeeën profileren zich daarmee als de `eekhoorns onder de micro-organismen'. Ze slaan een extra voedselvoorraad op om die later aan te kunnen spreken als de omstandigheden zijn gewijzigd. Kiezelwieren kunnen zo ook zonder zonlicht blijven doorgroeien, en dat geeft hun een concurrentievoordeel.

Maar in de vrije natuur zullen ook andere organismen profiteren van de losse suikers in de modder. Bacteriën bijvoorbeeld. Toch denkt De Brouwer dat deze broodroof niet ongunstig is voor de kiezelwieren. ``Diatomeeën voorzien via de fotosynthese in hun eigen energie, maar hebben wel nutriënten zoals stikstof en fosfor nodig voor hun groei. De micro-organismen leven in een heel dunne laag van slechts een paar honderd micrometer dik. Het is niet onwaarschijnlijk dat nutriënten hierin de beperkende factor zijn, in een omgeving waar water en licht ruim voorhanden zijn. Bacteriën kunnen nutriënten vrijmaken door het uitscheiden van enzymen die dood materiaal verteren. Zo komt er bijvoorbeeld stikstof vrij dat diatomeeën goed kunnen gebruiken.''