PHYVIR-expeditie: Voelen de cellen zich goed?

Fytoplankton, microscopisch kleine plantjes in zee, produceert ongeveer de helft van de zuurstof op aarde en speelt een belangrijke rol in wereldwijde koolstofkringlopen. Toch is er nog weinig bekend over de interacties met virussen en de impact daarvan op oceaan en klimaat. Het PHYVIR-project onderzoekt dit met laboratoriumwerk, expedities en geavanceerde modellen.

In deze blogserie volgen we het onderzoek op zee, aan boord van het onderzoeksschip RV Anna Weber-van Bosse. Van voorbereidingen in de haven tot aan de metingen op de Atlantische Oceaan: we nemen je mee achter de schermen van onderzoek op zee.

Kleine cellen, grote aanwijzingen

De oceaan zit vol met fytoplankton. Deze minuscule organismen vormen de basis van mariene voedselketens en helpen bij het opnemen van CO₂ uit de atmosfeer. Maar fytoplankton is niet allemaal hetzelfde: verschillende soorten hebben verschillende afmetingen, vormen en manieren om licht en voedingsstoffen te gebruiken.

Hierdoor kunnen fytoplanktongemeenschappen sterk verschillen van de ene plek tot de andere. Een gemeenschap in warme, voedselarme subtropische wateren kan er heel anders uitzien dan een in koudere, voedselrijke subpolaire wateren. Tijdens ons transect over de Noord-Atlantische Oceaan van zuid naar noord is een van de vragen die ons interesseert: hoe gezond zijn deze fytoplanktoncellen, en verandert hun fotosynthetisch vermogen en cellulaire samenstelling onderweg, en houdt dat verband met externe oorzaken zoals veranderingen in omgevingsomstandigheden of virale infecties?

Fytoplanktoncellen bevatten chemische aanwijzingen die ons helpen om dit te ontcijferen. Een belangrijke aanwijzing is de elementaire stoichiometrie: de balans van koolstof, stikstof en fosfor in de cellen, vaak weergegeven als de verhouding C:N:P. Deze elementen zijn essentieel voor groei, metabolisme en energieoverdracht. Wanneer de C:N:P-balans verschuift, kan dit erop wijzen dat cellen zich aanpassen aan hun omgeving, te maken hebben met nutriëntenstress of hun groeipatroon veranderen.

Dit is ook belangrijk voor het begrijpen van de interacties tussen fytoplankton en virussen. Als parasieten zijn virussen voor hun voortplanting afhankelijk van hun gastheren, dus de toestand van de gastheer kan van invloed zijn op het succes van de productie van nieuwe virusdeeltjes. Een cel die onder voedingsstress staat, levert mogelijk niet dezelfde middelen als een gezonde cel.

Gezondheid in verschillende grootteklassen

Fytoplankton wordt vaak ingedeeld in verschillende grootteklassen: microfytoplankton is ongeveer 20–200 µm, nanofytoplankton ongeveer 3–20 µm en picofytoplankton 0,3–3 µm. Deze grootteklassen reageren niet altijd op dezelfde manier op omgevingsstressoren. Kleinere cellen doen het vaak goed, zelfs in voedselarme wateren, omdat ze efficiënt zijn in het opnemen van voedingsstoffen, terwijl grotere cellen talrijker kunnen worden wanneer er meer voedingsstoffen beschikbaar zijn.

Tijdens de expeditie verzamelen we zeewater en filteren we dit stap voor stap door filters met verschillende poriëngroottes. Zo kunnen we de fytoplanktongemeenschap in deze verschillende groottefracties scheiden. Soms geeft de filtratie zelf al een eerste indruk van het water: als de filters snel verstopt raken en het water er heel langzaam doorheen stroomt, zit er waarschijnlijk meer deeltjesmateriaal in, waaronder fytoplanktonbiomassa. Later, terug in het laboratorium, analyseren we de filters op de elementaire samenstelling en het belangrijkste pigment dat fytoplankton bevat, namelijk chlorofyl-a. Samen helpen deze metingen ons niet alleen te zien hoeveel fytoplanktonmateriaal er aanwezig is, maar ook hoe hun chemische samenstelling verschilt.