Schelpdiertje houdt stand in verzurende zee

Oceaanverzuring

Kunnen zeeorganismen nog een kalkskelet maken als de oceanen verzuren? Nee, zeggen veel biologen, maar het schelpdiertje Ammonia doet het toch.

De eencellige Ammonia bouwt kalkkamers, en wordt een halve millimeter groot. Foto’s Hans Hillewaert

Geen krabben meer, geen zeeslakken, mossels, koralen. Dat is het angstbeeld van de toekomstige oceanen, als ze verder verzuren. Allerlei organismen zullen dan geen beschermend kalkskelet meer kunnen maken, en ten dode opgeschreven zijn. Kaalslag in de oceanen! Toch?

Een klein schelpdiertje tart dit beeld nu. Ook al verzuren de oceanen nog eeuwen volgens de huidige trend, het diertje zal in staat blijven een pantser te maken. Dat is het resultaat van een Japans-Nederlands onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Nature Communications (27 januari).

Het onderzochte schelpdiertje is een eencellig organisme dat op de zeebodem leeft, zich hult in een beschermende laag van kalk, en Ammonia heet. Het onderzoek laat zien dat het niet passief de veranderende chemische samenstelling van het zeewater ondergaat. Wat het klassieke idee is. Nee, Ammonia zet zijn directe omgeving actief naar zijn hand om dat kalkskelet, ook in een verder verzurende omgeving, te kunnen blijven maken. Dit zou trouwens indirect gevolgen kunnen hebben voor de opwarming van de aarde. Daarover later meer.

„De nadelige gevolgen van oceaanverzuring op het zeeleven zijn erg uitvergroot”, zegt marien geoloog Lennart de Nooijer van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en een van de auteurs van het artikel.

Maar daar is Ulf Riebesell het niet mee eens. Hij is hoogleraar biologische oceanografie aan het Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel. „We dreigen wel degelijk een hoop soorten te verliezen”, zegt hij.

Bias in de literatuur

Het is een discussie die de laatste jaren vaker, en heviger, wordt gevoerd. Zo besteedde het tijdschrift Journal of Marine Science vorig jaar een heel nummer aan de stand van zaken rond oceaanverzuring. Onderdeel daarvan was een Noorse kritische analyse van de literatuur, die na 2005 op gang kwam. De meeste experimenten zijn in het lab gedaan. Ze duren doorgaans maar kort, en organismen zijn meestal blootgesteld aan zeewater met extreem hoge concentraties CO2. Ook is het zeewater meestal constant van samenstelling. Terwijl de natuur alles behalve dat is. De water-pH, de temperatuur, het zoutgehalte variëren sterk. Van dag op nacht, over de seizoenen, op verschillende dieptes. Ook blijkt in de literatuur een bias te zijn geweest voor statistisch significante resultaten, met name negatieve gevolgen. De laatste jaren wordt het wel beter, stelt het Noorse artikel.

De Nooijer bestrijdt niet dat de oceanen verzuren. Ook niet dat het effecten zal hebben. Maar wat die zullen zijn, en of er alleen ellende van komt, daar zet hij vraagtekens bij. Vast staat dat de verzuring hoofdzakelijk wordt gedreven door de stijgende concentratie CO2 in de atmosfeer. In reactie nemen de oceanen sinds de Industriële Revolutie ook meer van het gas op – lucht en water streven naar een evenwicht. Die opname beïnvloedt de chemie in het zeewater. De concentratie bicarbonaat (HCO3-) en waterstof-ionen (H+) neemt toe. Die laatste zorgen voor een stijgende zuurgraad. Anders gezegd: de pH daalt. Maar de concentratie carbonaat (CO32-) in het oceaanwater neemt juist af. Terwijl dat nodig is voor de aanleg van een kalkskelet. Een dalende concentratie carbonaat zou de aanmaak van een kalkskelet lastiger maken, zo is het idee.

En als die concentratie verder daalt komt op een gegeven moment een volgend probleem. Nu is er in het grootste deel van de oceanen nog sprake van een overschot aan carbonaat. Er zit meer in dan erin kan oplossen – de oplossing is oververzadigd. Daardoor reageert een deel van het carbonaat met calcium-ionen tot calciumcarbonaat, ofwel kalk (wat ook in uw waterkoker kan gebeuren). Zodra er in het oceaanwater geen sprake meer is van een overschot aan carbonaat (de oplossing raakt dan onderverzadigd) beginnen kalkskeletten hun carbonaat te verliezen. Dat lost dan weer op in het water. Met andere woorden: de kalkskeletten smelten als sneeuw voor de zon.

Kalkkamers

Maar wat De Nooijer en zijn collega’s zagen bij Ammonia wijst in een heel andere richting. Het vermogen van de eencellige om een kalkskelet te vormen blijkt niet af te hangen van de concentratie carbonaat in het zeewater. Het werkt anders.

Als Ammonia groeit – hij wordt ongeveer een halve millimeter groot – heeft hij kalk nodig om nieuwe kamers aan zijn buitenkant te bouwen. Het begint ermee dat hij vanuit zijn cel waterstof-ionen naar buiten pompt. Zo wordt het water direct om hem heen tijdelijk een stuk zuurder. Daar moet hij zich tegen beschermen, anders zou zijn buitenste kalkkamer oplossen. Daarvoor stulpt Ammonia een deel van zijn celmateriaal naar buiten, via een klein gaatje in die buitenste kalklaag. „Het zijn lange draden die snel kunnen groeien en weer ingetrokken kunnen worden”, zegt De Nooijer. Doordat de concentratie waterstof-ionen in zijn directe omgeving toeneemt, daalt de pH daar sterk. Het water raakt onderverzadigd voor carbonaat en er ontstaat meer CO2. Een deel daarvan trekt de cel in. Dat wordt ter plekke, in de cel dus, omgezet tot carbonaat. Daar reageert het met calcium-ionen, die hij ook heeft opgenomen, tot kalk. Daarvan bouwt Ammonia zijn extra kamers.

Het schelpdiertje kan dit blijven doen, ook al zakt de pH van het zeewater tot 7,3, zo blijkt uit de laboratoriumproeven. Dat terwijl de pH in de oceanen de afgelopen tweehonderd jaar gemiddeld met 0,1 is afgenomen, van 8,2 naar 8,1 (de pH is een schaal van 0 tot 14). Een gemiddelde van 7,3 zou pas over honderden tot duizenden jaren worden bereikt, ervan uitgaande dat de concentratie CO2 in de atmosfeer snel blijft stijgen – wat twijfelachtig is gezien het klimaatakkoord van Parijs (2005).

Een van de vragen is nu of verwanten van Ammonia dit ook doen. Het zou grote impact hebben, want hij hoort tot een groep zeer algemeen voorkomende eencelligen, de foraminiferen. Ze zijn goed voor twintig tot vijftig procent van alle kalkproductie in de oceanen, zegt De Nooijer.

In ieder geval zijn er voor twee andere groepen al aanwijzingen dat ze de vorming van een kalkskelet actief regelen, los van de concentratie carbonaat in het water. Dat zijn de steenkoralen en de coccolithoforen, een grote groep eencellige algen die zich beschermt met een buitenkant van over elkaar liggende kalkplaatjes.

Oceanograaf Riebesell uit Kiel kent de publicatie van De Nooijer niet, maar hij wijst erop dat Ammonia in water met een lagere pH (met meer waterstof-ionen dus) harder zal moeten pompen om zijn waterstof-ionen naar buiten te krijgen. Het maken van een kalkskelet kost dan meer energie. Hoeveel? En is die in de natuur voorhanden, in de vorm van voedsel bijvoorbeeld? „Dat is één van de hamvragen”, antwoordt De Nooijer. „Ik schrijf net een subsidievoorstel om dit uit te gaan zoeken.”

Volgens Riebesell is voedsel vaak beperkt aanwezig. „Dan zal een organisme moeten kiezen.” Gaat de beschikbare energie naar het maken van een kalkskelet, naar groei, of naar voortplanting. Uiteindelijk zal het tot een concurrentienadeel leiden, zegt hij. Dus Riebesell blijft bezorgd. Hij verwacht halverwege deze eeuw „enorme problemen” voor tropische koralen door een verdergaande verzuring, in combinatie met het warmer worden van de oceanen.

De Nooijer zegt nog dat zijn vondst gevolgen kan hebben voor het mondiale klimaat, al is hij voorzichtig. Als Ammonia voor zijn kalk inderdaad afhankelijk blijkt van de concentratie koolstof in het zeewater, dan zal hij meer kalk aanmaken naarmate de oceanen meer CO2 opnemen en verder verzuren. Deze verzuring remt de opname van CO2 door de oceanen. Waardoor er meer van het broeikasgas in de lucht blijft, en die sneller opwarmt.