Charles Darwin brak er zijn hoofd al over: hoe kan het toch dat koraalriffen zichzelf zo goed weten te bedruipen in de voedselarme tropische oceanen? Marien bioloog Jasper de Goeij deed hier onderzoek naar en ontdekte dat grotsponzen een belangrijke rol spelen bij het in stand houden van het koraalrif.

‘Het koraalrif is een van de productiefste ecosystemen op aarde,’ legt De Goeij uit. ‘Je kan het vergelijken met het tropisch regenwoud. Deze hoge productie is bijzonder, omdat de tropische oceaan zeer voedselarm is. Daarom is het water zo helder en blauw. Er zit niets in. Koraalriffen worden daarom ook wel oases in een woestijn genoemd. Het is nog altijd een raadsel hoe koraalriffen stand kunnen houden in een dergelijk voedselarme omgeving. Dit wordt ook wel de Darwin Paradox genoemd. Darwin was een van de grondleggers van het koraalrifonderzoek en beschreef ook als eerste dit probleem.’ Om meer inzicht te krijgen in de voedselkringloop bestudeerde De Goeij de rol van sponzen in koraalgrotten.

Figuur 1: 90% uit van het dieet van sponzen blijkt te bestaan uit in zeewater opgelost organisch koolstof. De gemeten opnamesnelheden van opgelost organisch koolstof door sponzen in deze studie behoren tot de eerste op dit gebied en zijn onverwacht hoog (foto: Erik van Bommel).

Kleurig schilderij

Een koraalrif ontstaat door de opeenhoping van skeletjes van koralen, kleine diertjes die in kolonies samenleven. Tijdens dit proces van opeenhoping ontstaan ook allerlei holen, gaten en grotten. ‘Er is altijd weinig aandacht besteed aan deze grotten omdat ze zo donker zijn en onbewoond lijken. Maar als je er een lichtje opsteekt, zie je dat de wand lijkt op een groot, kleurig schilderij,’weet De Goeij uit ervaring. Deze kleurenpracht wordt met name veroorzaakt door grotsponzen, die tussen de één en vijf millimeter dik zijn en in dunne laagjes de wanden bevolken.

Opgelost voedsel

De Goeij kwam erachter dat deze grotsponzen een belangrijke rol spelen in de voedselkringloop van het koraalrif. Algen en koralen produceren een heleboel organisch materiaal; omdat hiervan een groot deel is opgelost in het water en zeer moeilijk afbreekbaar is, kunnen weinig organismen het gebruiken als voedsel. Als dit voedsel niet wordt gebruikt, spoelt het uit het rif de oceaan in: energie lekt zo weg uit het systeem. De Goeij heeft echter vastgesteld dat een groot gedeelte van het opgeloste organische materiaal opgenomen wordt door de grotsponzen. Hij heeft dit weten te bepalen door te meten hoeveel koolstof, stikstof en fosfor - de basiselementen van al het leven op aarde - er de grotten in gaat, en hoeveel er weer uit komt.

Figuur 2: De celdeling van sponsweefsel is extreem hoog; deze dieren laten continu cellen los in het water, die weer als voedsel dienen voor rifbewoners. Deze vorm van recycling helpt de riffen zuinig om te gaan met de beperkte hoeveelheid voedingsstoffen die in zee aanwezig is (foto: Erik van Bommel). 

"Ongeveer 90% van een grotsponsdieet blijkt te bestaan uit in zeewater opgelost organisch koolstof".

Darmen

Wat doen die sponzen eigenlijk met al dat voedsel? Investeren in groei is lastig, want er is weinig plaats op een koraalrif. De Goeij ontdekte dat het voedsel vooral gebruikt wordt om cellen te vernieuwen. ‘De cellen van sponzen delen zich ontzettend snel. Ter vergelijking: een celdeling in een muizendarm duurt minstens een halve dag. Bij sponzen duurt dat ongeveer 5 tot 6 uur.’ Dit is volgens De Goeij nodig omdat de sponzen in aanraking komen met allerlei vuiligheid. ‘Sponzen filteren hun voedsel uit het water. Omdat ze in een arm milieu leven, moeten ze soms wel 100 liter water per dag pompen. Daarbij komt de spons ook in aanraking met allerlei virussen, bacteriën en giftige stoffen. Deze kunnen blijvende schade aanrichten. Om dat te voorkomen vernieuwt de spons steeds zijn cellen.’ Opmerkelijk genoeg vertonen de structuren waarmee de sponzen voedsel opnemen grote overeenkomst met de menselijke dikke darm. ‘Sponzen zijn ongeveer 700 miljoen jaar oud en vormen onze oudste meercellige voorvaderen. Blijkbaar is ons opnamestelsel gedurende de evolutie niet zo heel erg veranderd.’

"De Goeij vond dat  sponzen 60% van het opgenomen koolstof omzetten in celmassa. Dit komt overeen met een verwachte verdubbeling van biomassa elke twee tot drie dagen!"

Sponzenkweek

De grotsponzen spuwen dus constant een grote stroom dode cellen uit, die – in tegenstelling tot het opgeloste organische materiaal – wel makkelijk opgegeten kunnen worden door andere riforganismen. Heeft de De Goeij nu met zijn onderzoek de Darwin Paradox opgelost? ‘Nee, dat niet. Maar we begrijpen nu wel beter hoe zo’n ecosysteem kan functioneren: door goed te recyclen.’ Hij hoopt dat zijn resultaten ingezet kunnen worden bij het kweken van sponzen. ‘Op dit moment is dat nog niet goed mogelijk. Misschien lukt dat beter nu we weten wat ze precies eten en hoe cellen groeien en afsterven.’

Medicijnenfabriekjes

De Goeij ziet veel toepassingen voor gekweekte sponzen. Omdat het uitstekende filtreerders zijn, kunnen ze ingezet worden bij het zuiveren van water. Maar sponzen bevatten ook stoffen die als medicijn gebruikt kunnen worden. ‘Sponzen zijn kleine chemische fabriekjes, maar de stoffen die ze produceren zijn zo ingewikkeld dat het namaken ervan veel te duur is en medicijnen dus onbetaalbaar worden. Het is dus belangrijk dat er goede kweekmethoden voor sponzen worden ontwikkeld. Medicijnen uit de natuur komen nu vooral van planten en dieren die op het land leven; 70% van de aarde ligt echter onder water en de zee bevat een schatkamer aan interessante stoffen.’

"Sponzen produceren vele stoffen die kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe medicijnen en cosmetica".

Curriculum Vitae

Jasper de Goeij (1977) studeerde in 2001 af als bioloog aan Wageningen Universiteit. In 2003 begon hij met zijn promotieonderzoek bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. Zijn promotor was prof.dr. G.J. Herndl van de Rijksuniversiteit Groningen. Het onderzoek werd gefinancierd door NWO. De titel van zijn proefschrift luidt: Element cycling on tropical coral reefs: The cryptic carbon shunt revealed. Samen met dr. Ronald Osinga zet hij zijn onderzoek voort bij hun eigen bedrijf Porifarma (www.porifarma.com).

Referenties:

www.rug.nl

www.nioz.nl

de Goeij, J.M. (2009). Element cycling on tropical coral reefs: The cryptic carbon shunt revealed. 192 pp. No. ISBN: 978-90-367-3664-0.