Een zoete verrassing tussen de zeeweiden

Volgens een ontdekking zou meer dan een miljoen ton suiker kunnen worden opgeslagen in de wortelzone van ’s werelds zeewierbedden: onderzoekers hebben ontdekt dat zeeplanten verrassend grote hoeveelheden sucrose afgeven via hun wortels op de zeebodem. Ze kunnen ook verklaren waarom het zeewier suiker afgeeft en waarom bacteriën in de wortelzone de “snoepjes” later niet opeten. De wetenschappers zeiden dat de bevindingen nieuw licht werpen op de rol van mariene planten in de klimaatbelangrijke opslag van koolstof in de oceaan.

Gazons die in het water zwaaien in plaats van in de wind: De kustgebieden van veel mariene regio’s van de wereld worden gekenmerkt door vruchtbare zeegrasvelden. In totaal beslaan deze ecosystemen tot 600.000 vierkante kilometer, ongeveer zo groot als Frankrijk. Groene onderwaterlandschappen zijn daarom van groot belang: ze bieden een leefgebied voor veel organismen, beschermen kustgebieden tegen erosie – en spelen een rol in de koolstofkringloop en daarmee in het mondiale klimaat. Eerdere studies hebben al aangetoond dat zeegasweiden koolstofdioxide effectiever opnemen dan bossen op het land. Omdat het “blauwe koolstof” wordt genoemd, kan het lang vast blijven zitten aan biomassa en draagt ​​het dus niet bij aan klimaatverandering.

In hun huidige onderzoek hielden onderzoekers onder leiding van Manuel Liebeck van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie (MPIMM) zich echter niet bezig met gebonden koolstof in biomassa. De focus lag op verbindingen gemaakt door zeewier. Omdat bekend is dat planten onder bepaalde omstandigheden koolhydraten uitscheiden via hun wortels. Om vast te stellen welk zeewier vrijkomt in de zogenaamde wortelschede, onderzochten de wetenschappers monsters van sediment onder weiden op verschillende soorten zeewier in de Middellandse Zee, het Caribisch gebied en de Baltische Zee.

stapels suiker

Uit hun analyses bleek dat planten blijkbaar grote hoeveelheden sucrose produceren, ook wel tafelsuiker genoemd, en verrassend genoeg hoopt deze stof zich op in de bodem. De onderzoekers melden dat de suikerconcentratie onder zeegrasweiden zo’n 80 keer hoger is dan tot nu toe op zee gemeten concentraties. “Wat de classificatie betreft: we schatten dat er wereldwijd tussen de 0,6 en 1,3 miljoen ton suiker, voornamelijk in de vorm van sucrose, in de wortels van zeewier wordt opgeslagen”, zegt Liebeke. De wetenschapper vergelijkt “Dit komt ongeveer overeen met de hoeveelheid suiker in 32 miljard blikjes cola!”

Een fundamentele vraag rijst: waarom produceren planten zulke hoeveelheden van deze energierijke stof? Het is duidelijk dat eliminatie soms nodig is wanneer er een aanzienlijk overschot is, zoals co-auteur Nicole Dobellier van MPIMM uitlegt: “Zeewieren produceren suiker tijdens fotosynthese. Bij gemiddeld licht gebruiken planten de meeste van deze suikers voor metabolisme en groei. Maar wanneer de als het licht te sterk is, bijvoorbeeld ’s middags of in de zomer, produceren ze meer suiker dan ze kunnen gebruiken of opslaan. Dan laten ze de overtollige sucrose vrij in hun wortelzone – het is als een overstroomklep”, zegt de wetenschapper.

De vraag bleef echter onbeantwoord waarom de energierijke, licht verteerbare suiker zich zo krachtig opbouwt. Specifiek: waarom vallen de micro-organismen in de wortels van zeewier Sweet Treasure niet aan? “We proberen hier al heel lang achter te komen”, zegt hoofdauteur Maggie Sogin van MPIMM. Hiervoor bestudeerden de onderzoekers met genetische methoden de stofwisseling van bacteriën die in de wortelzone van het zeewier leven. Het blijkt dat ze meestal de voorwaarden hebben voor de afbraak van sucrose – maar de overeenkomstige genen worden vaak niet geactiveerd. Iets lijkt de microbiële omzetting van suiker te remmen door kooldioxide af te geven.

Fenolen voorkomen de afbraak van suiker

Uit verdere analyses bleek dat de combinatie van zuurstofarme toestanden met bepaalde stoffen naast suiker ook vrijkomt door de wortels van de plant: “We ontdekten dat het zeewier fenolen afgeeft in het sediment”, zegt Sugen. Dit zijn stoffen waarvan bekend is dat ze de stofwisseling van micro-organismen kunnen remmen. “We voerden experimenten uit waarbij we de micro-organismen van de wortelvacht van zeewier blootstelden aan fenolen geïsoleerd uit zeewier – in feite werd er veel minder sucrose geconsumeerd dan wanneer we de fenolen niet hadden toegevoegd”, meldt Sugin.

Interessant genoeg hebben de onderzoeken ook bewijs opgeleverd dat een kleine groep microbiële specialisten is aangepast aan de atmosferische omstandigheden van zeegras: ze kunnen sucrose verteren en fenolen afbreken. Onderzoekers denken dat deze microben partners kunnen zijn van zeewier: ze kunnen planten toegang geven tot de voedingsstoffen die ze nodig hebben om te gedijen. “We zijn beter bekend met dergelijke gunstige relaties tussen planten en wortelstokken dan terrestrische planten. Maar we beginnen nog maar net de intieme en complexe interacties van zeewier met rhizosfeer-micro-organismen te begrijpen”, zegt Sugin.

Zoals het team concludeert, onderstreept hun onderzoek eens te meer het belang van de bescherming van ’s werelds bedreigde zeegrasbodem. Tot een derde van de wereldbevolking aan zeegras is mogelijk al verloren gegaan en de jaarlijkse verliezen worden op sommige locaties geschat op zeven procent. Grote hoeveelheden opgeslagen koolstof zullen vrijkomen naarmate de zeegrasvelden verder afnemen. Ons onderzoek toont heel duidelijk aan: niet alleen het zeewier zelf, maar ook de grote hoeveelheden sucrose onder gazons moeten in aanmerking worden genomen”, vat Libeck samen.

Bron: Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie; Gespecialiseerd artikel: Ecologie en natuurevolutie, doi:
10.1038 / s41559-022-01740-z

© wissenschaft.de – Martin Vieweg