Waterstofsulfide verklaart het ontstaan van merkwaardige zeegrasringen


Mariene biologie Giftige concentraties waterstofsulfide laten zeegrasvelden in opvallende ringen groeien. Dat is geen goed nieuws.

Cirkelvormige patronen van het zeegras Posidonia oceanica voor de kust van Mallorca. Foto PNAS
Cirkelvormige patronen van het zeegras Posidonia oceanica voor de kust van Mallorca.

Foto PNAS


Merkwaardige vegetatiecirkels op de zeebodem, tientallen meters in doorsnede, stellen biologen al langer voor een raadsel. Nu blijken die patronen – ook wel fairy circles genoemd – het gevolg te zijn van een interactie tussen zeegras en giftig waterstofsulfide, concluderen Spaanse onderzoekers deze week in PNAS op basis van een wiskundig model. De ringen vormen een waarschuwing dat het slecht gaat met het zeegras ter plekke, en kunnen in de toekomst met behulp van remote sensing worden opgespoord om algeheel afsterven te voorkomen.

Zeegrassen zijn geen echte grassen, maar vaatplanten die behoren tot verschillende families, waaronder die van Posidoniaceae en Zosteraceae. Wereldwijd komen er zo’n zeventig verschillende soorten voor. Het zijn de enige vaatplanten die onder water in zee bloeien en er hun zaden verspreiden – niet te verwarren met bijvoorbeeld zeewieren, wat in feite meercellige algen zijn.

Voor het huidige onderzoek bestudeerden de Spaanse biologen de zeegrassoort Posidonia oceanica voor de kust van Mallorca. Eerder al waren zeegrasringen waargenomen in het Deense Kattegat bij de soort Zostera marina oftewel groot zeegras. Op basis van die ontdekking vermoedden de onderzoekers al dat het voor zeegras giftige waterstofsulfide een rol zou kunnen spelen.

Sulfaatreducerende bacteriën

Waterstofsulfide is een bijproduct van sulfaatreducerende bacteriën in zuurstofloze omstandigheden. Die zuurstofloosheid kan bijvoorbeeld ontstaan wanneer zich heel veel sediment en dood plantenmateriaal ophoopt, wat vooral op heel dichtbegroeide plaatsen gebeurt. Tot op zekere hoogte kan het zeegras de waterstofsulfide onschadelijk maken door het in het eigen weefsel op te slaan of door actief zuurstof te leveren aan andere bacteriën die sulfaatreductie juist tegengaan. Maar dat lukt niet altijd, en als er teveel sulfide wordt opgeslagen, gaat de plant onherroepelijk dood.

In hun rekenmodel laten de biologen zien dat het afsterven specifiek in een cirkelvorm gebeurt. Als op een dichtbegroeide plek de sulfideconcentratie te hoog is, dan zullen de planten in het midden als eerste het loodje leggen, terwijl de planten aan de randen het overleven omdat daar nog meer zuurstof beschikbaar is. Langzaamaan zal die cirkel zich steeds verder naar buiten toe uitbreiden, terwijl in het midden kale grond met een hoge hoeveelheid waterstofsulfide achterblijft. Met andere woorden: hoe groter de cirkel, hoe nijpender de situatie.

Toch kan de aanwezigheid van cirkelpatronen ook juist de redding vormen van zeegras, schrijven de biologen. Als de afstervende gebieden met behulp van remote sensing en kunstmatige intelligentie automatisch kunnen worden opgespoord, kunnen onderzoekers kwetsbare gebieden bijtijds herkennen en mogelijk redden.

Zeeschildpaddenbegrazing

Fee Smulders, die aan de Wageningen Universiteit promoveert op zeegras en niet bij het Spaanse onderzoek is betrokken, noemt het artikel interessant. Toch verklaart waterstofsulfide niet alle natuurlijke cirkelvormige vegetatiepatronen onder water, benadrukt ze. „Afgelopen november zagen we op Bonaire een fairy circle die was ontstaan door zeeschildpaddenbegrazing. Ook vangt zeegras in intergetijdegebieden soms zoveel zand dat het middelste gedeelte droog komt te liggen en daardoor afsterft. Het model van deze onderzoekers is vrij simpel; het zou mooi zijn om met meer veldmetingen de verschillende oorzaken van cirkelvorming uit elkaar te kunnen halen.”