Sponzen spelen een onvermoede rol in de oceaan

Ecologie Sponzen slaan veel meer silicium op dan gedacht. De kringloop daarvan hangt samen met die van het broeikasgas CO2.

De spons Petrosia ficiformis (rozerood met zwart gat, in het midden van de foto) slaat silicium op in zijn skelet.
De spons Petrosia ficiformis (rozerood met zwart gat, in het midden van de foto) slaat silicium op in zijn skelet. Foto Solvin Zankl/Hollandse Hoogte

Silicium in de oceanen: lange tijd leek het zo’n simpel verhaal. Het chemische element wordt door diatomeeën – een grote groep van eencellige algen – gebruikt om hun celwand mee te bouwen, in plaats van kalk. Gaan de diatomeeën dood, dan komt het silicium (Si) weer beschikbaar voor een nieuwe generatie algen, enzovoort.

Maar zo eenvoudig zit de siliciumcyclus niet in elkaar, blijkt uit twee onderzoeken die deze week verschijnen in Nature Climate Change en Nature Geoscience. Verzuring van het oceaanwater kan de productie van silica (SiO2) bij diatomeeën sterk verminderen, met mogelijk negatieve gevolgen voor het broeikaseffect. Bovendien blijken ook sponzen een belangrijke rol te spelen in de siliciumkringloop: in sponsskeletten ligt veel meer silicium opgeslagen dan biologen dachten.

Biologische pomp

Die siliciumkringloop is zo interessant, omdat hij onder meer samenhangt met de koolstofkringloop en daarmee met het broeikasgas CO2. Simpel bekeken werkt de oceaan als een biologische pomp, die CO2 uit de atmosfeer haalt en opslaat op de zeebodem. Dat gebeurt bijvoorbeeld doordat algen aan het wateroppervlak CO2 gebruiken voor fotosynthese. Als die algen doodgaan, kunnen ze worden begraven onder een laagje sediment op de zeebodem. Daarvoor is het wel belangrijk dat de algen snel genoeg naar de bodem zinken (anders komt het CO2 voortijdig vrij) en dat gebeurt dankzij de ‘ballast’ die ze bij zich dragen: skeletjes van kalk of silicium. Hoe groter en zwaarder die zijn, des te sneller zinken de algen.

En daarin schuilt het probleem, schrijven Australische biologen in Nature Climate Change. Zij ontdekten dat bepaalde diatomeeën in de Zuidelijke Oceaan significant minder silica in hun celwand inbouwen bij verzuring. Verminderde silificatie leidt ook tot kleinere cellen. De algen worden zowel lichter als kleiner, en zinken daardoor vermoedelijk langzamer.

Door de oceaanverzuring hebben algen minder silica in hun celwand

De verhoogde zuurgraad van het water is het gevolg van een verhoogde CO2-concentratie in de atmosfeer en daarmee ook in de oceaan. Miljoenen jaren had oceaanwater een pH-waarde van 8,2, maar in de afgelopen tweehonderd jaar daalde die naar 8,1. Zelfs zo’n afname van 0,1 heeft al invloed op het zeeleven. Om toekomstige verdere verzuring na te bootsen, verhoogden de biologen in experimenten de CO2-concentraties stapsgewijs, volgens diverse scenario’s voor het jaar 2100. Bij de hoogste concentratie had het water een pH van 7,45.

De auteurs houden enige slagen om de arm. Het is duidelijk dat een verhoogde zuurgraad leidt tot een afname van de hoeveelheid silica in sommige diatomeeën, maar welke gevolgen dat écht voor de biologische koolstofpomp zou hebben, is nog onduidelijk. In theorie zou een toename van CO2 ook voor een toename van diatomeeën kunnen zorgen. En als die diatomeeën door grotere oceaanbewoners worden gegeten, dan zou de toename in mariene poepjes (die ook naar de bodem zinken) kunnen leiden tot een efficiënter verticaal transport van silicium en koolstof.

Sponsskeletten

In Nature Geoscience ontrafelen Spaanse biologen een ander aspect van de ‘reis van silicium’. Die kringloop is niet zo eenvoudig als gedacht: niet alleen komt er steeds weer nieuw silicium de oceanen in via grondwater en smeltende gletsjers, er wordt ook extra silicium vastgelegd in de skeletten van sponzen. Dat ontdekten ze door onderzoek aan diverse sponzen, waaronder de steenspons Petrosia ficiformis. Door die opslag is het silicium niet meer toegankelijk voor diatomeeën. Sponzen kunnen decennia tot millennia in leven blijven en zijn heel resistent, waardoor het silicium niet snel vrij zal komen. Of er silicium na hun dood vrijkomt, hangt ervan af hoe snel de sponzen begraven raken onder sediment.

De biologen praten van ‘donker silicium’, omdat het niet gepaard gaat met de opname van CO2 voor fotosynthese, zoals bij diatomeeën. Dit type werd tot nu toe over het hoofd gezien. Ook hier is nog onduidelijk welke implicaties dit precies heeft voor de oceaan. Maar hoe meer er bekend is over de silicium- en koolstofkringlopen, des te duidelijker ook de onderlinge samenhang wordt, hopen de onderzoekers.