Waterminions "spugen" stikstofoxide

Kleine dieren in water kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan het broeikaseffect

De muggenlarven Chironomus plumosus is de overheersende soort insect in veel binnenwateren. De larve leeft verborgen in een U-vormige behuizingsbuis in de waterbodem (hier gefotografeerd in een glazen buis), waardoor hij periodiek water pompt. Als gevolg hiervan komt het aan de ene kant in zuurstof om te ademen, aan de andere kant in voedseldeeltjes die gevangen raken in een net gesponnen door de larve. © Christian Lott / MPI Bremen / HYDRA
voorlezen

Ze zijn meestal slechts enkele millimeters tot centimeters lang en leiden een onopvallend leven op de bodem van water. Toch kunnen larven van waterinsecten en andere kleine dieren zoals mosselen en slakken een belangrijke bijdrage leveren aan het broeikaseffect. Omdat bacteriën in de darmen van deze organismen klimaatschadelijk stikstofoxide vrijgeven. Dit is nu aangetoond door onderzoekers in een nieuwe studie, die zij rapporteren in het tijdschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).

Het fenomeen komt vooral voor in wateren die zijn vervuild met de voedingsstof nitraat, en komt vooral voor bij die dieren die veel bacteriën consumeren met hun voedsel. Het dodelijke: vooral in de wateren die zwaar getroffen zijn door ons, voldoen mensen aan deze twee voorwaarden voor stikstofoxide-afgifte samen. Al met al geloven de wetenschappers dat de hoeveelheid broeikasgassen die in het water wordt geproduceerd in de toekomst zal toenemen.

Onderzocht 21 verschillende kleine diersoorten

Peter Stief van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen en zijn collega's van de Universiteit van Aarhus, Denemarken, hebben in hun nieuwe onderzoek in totaal 21 verschillende kleine diersoorten uit meren, stromend water en de zee onderzocht. Ze ontdekten dat de hoeveelheid vrijgekomen stikstofoxide sterk afhing van het dieet van de dieren. Roofzuchtige dieren droegen nauwelijks bij aan de productie van stikstofoxide.

Anderzijds werden met name hoge snelheden gevonden in zogenaamde filtervoeders en detrituseters, die organisch materiaal uit de rivierbedding en uit zwevend stof filteren. Stief en zijn collega's laten nu zien dat dit komt door de bacteriën die de dieren met hun voedsel opnemen.

Aan het oppervlak van het waterlichaam ademen bacteriën met zuurstof (blauwe ovalen), terwijl ze in diepere, zuurstofvrije lagen ademen met nitraat (oranje ovalen). De producten van nitraatademhaling zijn hoofdzakelijk stikstofgas (N2) en in beperkte mate stikstofoxide (N2O), die beide de waterkolom binnendringen. Kleine dieren op de rivierbedding eten organische deeltjes die zich aan bacteriën hechten. In de zuurstofvrije darm moeten deze bacteriën ook overgaan naar de ademhaling van de luchtwegen, waarbij voornamelijk stikstofoxide wordt geproduceerd. Omdat de verblijftijd in de darm te kort is om stikstofoxide volledig in stikstofgas om te zetten. Daarom komt stikstofoxide vrij in de waterkolom boven de voedingssonde van het dier. St Peter Stief / MPI Bremen

Bacteriën als bron van lachgas

"Experimenten met garnalenlarven toonden aan dat stikstofoxide wordt gevormd door de bacteriën in de darmen van de dieren", legt Stief uit. Bakterien Bacteriën afgeleid van voedsel vinden geen zuurstof in de darm en zijn daarom onderhevig aan zogenaamde nitraatademhaling . Bij dit type ademhaling genereert stikstofoxide stikstofoxide. tonen

In hun natuurlijke habitat, het waterbed, blijven nitraat-ademende bacteriën stikstofoxide omzetten in stikstofarm stikstofgas. In de darm is de verblijftijd van de bacteriën echter te kort, dus de onderzoekers moeten alle nodige metabole stappen uitvoeren. Na twee tot drie uur worden ze bijna weer uit de insectenlarven uitgescheiden. Het tot dan gevormde stikstofoxide komt vrij.

De stikstofoxide-emissies zijn vooral belangrijk in nitraatrijke wateren. Verhoogde input van voedingsstoffen, bijvoorbeeld uit kunstmest, verhoogt de nitraatconcentratie in veel rivieren, meren en kustwateren en verhoogt bijgevolg ook de uitstoot van broeikasgassen, In dergelijke voedselrijke wateren zijn filterers en afvaleters vaak heel talrijk.

Strijd om schoon water is de moeite waard

"Het goede nieuws is dat het gebruik van schoon water en het verminderen van nitraatinput vanuit de landbouw een positiever effect op ons klimaat zou kunnen hebben dan eerder werd gedacht" Mitutert co-auteur Lars Peter Nielsen van de Universiteit van Aarhus. Het slechte nieuws is echter dat de kwaliteit van het water in de wereld blijft verslechteren, vooral als gevolg van de constant stijgende toevoer van voedingsstoffen.

De werkelijke bijdrage van kleine waterdieren aan luchtverontreiniging met stikstofoxide is momenteel moeilijk in te schatten. "Maar het is te vrezen dat het in de toekomst zal stijgen in plaats van zinken", vervolgde Nielsen.

In meren kunnen de insectenlarven een dichtheid bereiken van 1.000 tot 10.000 larven per vierkante meter. Bij een dierdichtheid van ongeveer 3500 individuen per vierkante meter, zoals het geval was in de beschreven experimenten, neemt de afgifte van stikstofoxide uit de waterbodem ten minste achtvoudig toe in vergelijking met een bodem zonder dieren.

Moleculaire achtergronden worden verkend

In een volgende stap wil Stief samen met Duitse en Deense collega's de dingen uitzoeken. De onderzoekers zullen hun onderzoek uitbreiden tot zeedieren en speciale aandacht besteden aan de moleculaire achtergrond van het proces.

(idw - Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie, 03.03.2009 - DLO)