Kleine beestjes, grote impact. NIOZ en Radboudumc onderzoeken de wisselwerking tussen foraminiferen en klimaat
Een aardwetenschapper gaat samen met een elektronenmicroscopist onderzoek doen naar de kleinste zeediertjes die een grote rol spelen op CO2-gebied. Wetenschapsfinancier NWO verleent hiervoor een M2-beurs ter waarde van 800.000 euro aan Lennart de Nooijer van NIOZ en Nico Sommerdijk van Radboudumc.
Met de nieuwe financiering hopen de onderzoekers meer details bloot te leggen van het kalkvormende proces in foraminiferen om daarmee voorspellingen te kunnen doen hoe deze eencellige wezentjes met hun enorme aantallen in zee een rol zullen spelen in het dempen of versterken van de effecten van klimaatverandering.
CO2 verzuurt het zeewater
Van alle CO2 die wij sinds de industriële revolutie hebben uitgestoten, is ongeveer een derde opgenomen door de oceaan. Hierdoor verzuurt het zeewater, wat onder andere impact heeft op kalkvorming door allerlei schaal- en schelpdieren. Dit is een belangrijk, maar slecht begrepen onderdeel van de zogeheten mariene koolstofcyclus, belangrijk om toekomstige klimaatverandering te kunnen voorspellen.
Verzuring en opwarming
CO2 en kalkvorming vormen een feedback-loop: een toename van het een zorgt voor afremming van het ander. Alleen geldt dit niet per se voor een van de belangrijkste groepen kalkvormers: de ééncellige foraminiferen. Zij weten ondanks verzuring toch hun kalkskelet te vormen. Om te begrijpen hoe zij reageren op verzuring en op opwarming, bundelen medici en aardwetenschappers nu hun krachten. Door te ontdekken hoe foraminiferen calciumcarbonaat maken, kunnen ze voorspellen hoe klimaatverandering de koolstofcyclus gaat beïnvloeden.
Foraminiferen en hun kalkschaaltje
Foraminiferen zijn ééncelligen die een schaaltje van kalk maken. Tijdens hun leven bouwen ze voortdurend kamertjes erbij. Als een foraminifeer sterft, is de kans groot dat het lege schaaltje begraven raakt in de zeebodem. Door fossielen uit verschillende tijden met elkaar te vergelijken, kunnen wetenschappers veranderingen in het klimaat reconstrueren.
NIOZ en Radboudumc
NIOZ en Radboudumc kijken al langer op nanometer-niveau hoe foraminiferen hun kalkschaaltje maken. De Nooijer: ‘Net als bij medisch onderzoek naar botvorming, gebruiken we technieken om de plek te bekijken waar kalk wordt gevormd. Met gewone elektron-microscopie kun je alleen “harde” materialen kijken, terwijl de kalk van foraminiferen gemaakt wordt door een netwerk van “zacht” celmateriaal.’
Extreem snel bevriezen
Om dit toch te onderzoeken, passen de onderzoekers cryo-FIB/SEM toe. Cryo staat voor het extreem snel bevriezen van materiaal, waarbij geen ijskristallen ontstaan zodat het celmateriaal intact blijft. ‘Hiervoor gebruiken we ‘high pressure freezing’, waarbij materiaal in milliseconden bevriest.’ Met een Focussed Ion Beam (FIB) schaven de onderzoekers vervolgens enkele nanometers materiaal weg. Daarvan maken ze met een elektronenmicroscoop (SEM) een opname, terwijl het materiaal bevroren blijft. ‘Door de FIB en de SEM steeds af te wisselen ontstaat er zo een 3D beeld van een cel die bezig is een schaaltje van kalk te maken.’
Klassiek versus niet-klassiek
Met deze techniek hebben de onderzoekers al kunnen zien dat kalkvorming verloopt volgens een zogeheten ‘non-classical’ neerslag. In plaats van ‘klassieke kalkgroei’ met een continue aangroei van losse ionen calcium en carbonaat, ontstaat eerst een laagje van vormloos kalk. Dat kristalliseert later. ‘Dit verklaart een aantal unieke eigenschappen van de schaaltjes van foraminiferen’, zegt De Nooijer, die al 20 jaar gefascineerd is door deze diertjes.
M2-beurzen
M2-beurzen van NWO zijn bestemd voor twee wetenschappers die nieuwsgierigheidsgedreven, fundamenteel onderzoek doen. Het financieringsinstrument staat open voor vragen in het (grens)gebied van verschillende wetenschapsdisciplines.