It's alive!

Eigenlijk is dit het ideale aquarium: je hoeft nooit te voeren, schoon te maken of vakantieoppas te regelen. Nee, er gaat zelfs geen druppel water in of uit en tóch blijft de boel in leven. Ideaal! De grote vraag is natuurlijk: hoe kan dat?

De Bioglobe is populair. Niet alleen voor onderzoek, maar ook bij mensen thuis zie je dit mini-ecosysteem opduiken. In een gesloten glazen bol leven verschillende planten en dieren, zonder dat er iets bij komt of uitgaat. Het enige wat van buitenaf invloed heeft, zijn zonlicht en warmte. Voor de rest staan de organismen in de Bioglobe er helemaal alleen voor. Het mooie is dat dit kleine, gesloten systeem model kan staan voor zee-ecosystemen op aarde.

Een mini-ecosysteem
Hoe werkt dat biologisch gezien nu precies in de glazen bol? De bol is een gesloten ecosysteem met daarin een voedselweb dat bestaat uit organismen van verschillende trofische niveaus, zeg maar de schakels in een voedselketen. Alleen wanneer de verschillende trofische niveaus met elkaar in evenwicht zijn, blijven alle soorten in leven. Het mooie van de Bioglobe is dat er niets in of uit kan. Er gaat dan ook niets verloren, want afval bestaat hier niet. Iedere groep organismen levert namelijk iets waar de ander weer van leeft. Eigenlijk is het eten of gegeten worden. We zetten alles kort op een rij:

• De garnalen eten algen en bacteriën die op een stuk dood koraal in de bol leven.
• Daarnaast verbruiken de garnalen zuurstof uit het water en zetten dat om in kooldioxide.
• De bacteriën eten op hun beurt de poep van de garnalen en zetten dat om in anorganisch materiaal.
• Het anorganisch materiaal en de kooldioxide gebruiken de algen om via fotosynthese (onder invloed van licht) suikers en zuurstof te maken.
• De garnalen gebruiken die zuurstof weer.
• De bacteriën en algen planten zich voort via celdeling, wat nieuw voedsel oplevert voor de garnalen.
  

In biologentaal: de alg is de producent, de garnaal de consument en de bacterie de reducent.

Zo is de cirkel rond. Mariene bioloog Karin de Boer vult aan: “Om de bol mooi doorzichtig te houden, is de groei van de algen precies afgestemd op hoeveel de garnalen grazen en de hoeveelheid bacteriën op het afbreken van de garnalenpoep en de dode algen. Het bijzondere van deze bol is dat het een zelfvoorzienend systeem is met een producent (de alg), een consument (de garnaal) en een reducent (de bacterie).” Al met al een perfecte, gesloten kringloop dus. Die je gerust een paar jaar kunt laten staan. De bedenkers van deze bol hebben wel een truc uitgehaald: het aantal consumenten (garnalen) blijft gelijk en planten zich niet voort. Door dit aantal precies juist te kiezen, blijven de snelgroeiende algen en bacteriën onder controle en ontstaat er geen tekort aan eten voor de garnalen. Uiteindelijk sterven de garnalen en zal het ecosysteem in de bol dus toch uit evenwicht raken.

Leven rond koraal
De eencellige micro-algen in de Bioglobe leven op een stuk dood koraal. Samen met de bacteriën leven ze in een biofilm. Dat is een laag van micro-organismen omgeven door slijm dat ze zelf produceren, en waarmee ze zich vasthechten aan het koraal. Het koraal in deze bol heet Gergonia ventalina en is dus niet alleen maar decoratief.

Het bedrijf TAOS (The Art of Science) vertelt niet welke soorten er in de bol leven, maar toch kunnen we dat met enige zekerheid wel raden. De algensoort is waarschijnlijk Spirulina, een blauwalg.

De garnalensoort is vermoedelijk Halocaridina rubra, de kleine rode brakwater garnaal. Dit kleine garnaaltje wordt niet langer dan 1,5 cm en komt onder andere voor in brakwater in Hawaii. Dit waterdiertje eet graag een biofilm van algen, bacteriën en dood organisch materiaal, die het van rotsen, of andere oppervlakten zoals koraal afschraapt.

Ruimteschip als ecosysteem
Zo’n Bioglobe is leuk om te zien en het leert ons iets over ecosystemen op aarde. Maar er is nog een interessante toepassing: in de ruimtevaart. In de jaren tachtig begon men zich af te vragen of de natuur de ruimtevaart kon helpen. Voor een ruimteschip zou het natuurlijk enorm handig zijn als het zichzelf kan voorzien van voedsel en zuurstof. Zeker als het jarenlang in de ruimte zweeft.

Dus ging men onderzoeken of het mogelijk is van een ruimteschip een gesloten ecosysteem te maken. Het mooie van zo’n gesloten life support system in de ruimte is dat er dan geen afval meer ontstaat. Ieder product wordt namelijk weer gebruikt door minstens één ander organisme. In een ideaal gesloten ecosysteem worden kooldioxide, urine en poep weer omgezet in zuurstof, voedsel en water, net als in de Bioglobe. Toch is het ondanks tientallen jaren onderzoek nog steeds niet zover dat een ruimteschip functioneert als een gesloten ecosysteem.

Wel zijn er andere voorbeelden van gesloten ecosystemen op grote schaal. Bij de universiteit van Arizona staat sinds 2011 bijvoorbeeld de Biosphere 2. Dat is een 1,17 hectare grote constructie om een ecologisch systeem na te bootsen. In de jaren negentig keken wetenschappers of mensen hier konden leven, afgesloten van de buitenwereld. Helaas waren er nogal wat problemen. Tijdens de eerste missie daalde het zuurstofniveau drastisch en moest er acuut zuurstof worden bijgepompt. Ook kampte de Biosphere met een plaag van spinmijten die moest worden bestreden. Het wil dus nog niet echt lukken, maar dit project laat wel zien hoe lastig het is een ecosysteem echt in evenwicht te krijgen. Overigens bracht het voor de psychologie interessante informatie en was de Biosphere 2 een belangrijke inspiratiebron voor programma’s als Big Brother en de Gouden Kooi.

Wat onderzoeken wetenschappers bij de RUG?
In Groningen gebruiken biologen een gesloten ecosysteem niet voor toepassingen in de ruimte, zij focussen zich op ecosystemen op aarde. De mariene biologen van de RUG bestuderen de invloed van een veranderend milieu en klimaat op organismen uit de zee, zoals fytoplankton, bacteriën, zoöplankton en vissen. Al deze organismen vormen belangrijke schakels in verschillende mariene ecosystemen. Door deze organismen te bestuderen, kunnen de biologen zien wat de effecten van een veranderend milieu en klimaat zijn op deze ecosystemen.

Colofon
Met bijzondere dank aan dr. Karin de Boer. Neem contact op met iemand van Science LinX indien je hier ook genoemd zou moeten worden.

Auteur
Kim Veenman