Lichtgevende golven, zuurstof in de lucht of diarree: deze dino’s regelen het

Wat moet iedereen weten over dinoflagellaten? 

Huisman: ‘Ten eerste dat het echte planimals zijn. Dat wil zeggen: de eencelligen gedragen zich als plant én als dier. Ze doen net als planten aan fotosynthese, en net als dieren zwemmen ze met hun flagellen, of eten andere organismen zoals bacteriën.’ 

‘Ten tweede dat sommige dinoflagellaten zeer giftige stoffen aanmaken, zoals saxitoxines, die via ophoping in schelpdieren in het voedsel van vogels, zeezoogdieren en mensen belanden. Verschillende studies laten zien dat harmful algal blooms of HABs van giftige dino’s zullen toenemen door klimaatverandering. Maar er zijn veel verschillende soorten dino’s, dus de relatie met klimaat is niet altijd even eenduidig.’

‘Dan drie: dat sommige soorten dino’s ‘s nachts oplichten in zee, door een verschijnsel dat bioluminescentie wordt genoemd. Denk aan zeevonk; in het Latijn heet deze Noctiluca (nachtlicht). Prachtig om te zien!’  

‘En vier: dat één groep van de dinoflagellaten, genaamd Symbiodinium, in symbiose leeft met koralen, en daardoor medeverantwoordelijk is voor de prachtig gekleurde koraalriffen op deze wereld. Deze symbiose is heel gevoelig voor opwarming van het zeewater. Als de dino doodgaat aan te warm water dan leidt dit tot massale verbleking van de koralen, zoals niet zo lang geleden bij het Groot Barrièrerif is gebeurd.’  

Ga door! Huisman vond zichzelf geen expert. Beter mailde ik hoogleraar paleoceanografie Appy Sluijs van de Universiteit Utrecht, of marien ecoloog Wiebe Kooistra van het Stazione Zoologica in Napels, Italië – een van de eerste marien-biologische stations wereldwijd, uit 1872.

Kooistra kwam met collega dino-expert Marina Montresor. Ik vroeg haar of deze platen nou een accurate weergave zijn van de dinowerkelijkheid.

Klopt deze verzameling paaseitjes een beetje? 

Montresor: ‘De tekeningen zijn prachtig. Ze komen uit het boek The free-living unarmored dinoflagellata (1921) van de Amerikaanse zoöloog Charles Atwood Kofoid. We gebruiken Kofoids boek nog steeds voor de identificatie van sommige soorten. De afbeeldingen zijn van dinoflagellaten verzameld voor de kust van Zuid-Californië in 1906 en 1917. Het is verbazingwekkend welke details de tekenaars vastlegden met behulp van een camera lucida en een lichtmicroscoop.’

‘Er zijn drie varianten dino’s, afhankelijk van wat ze eten. Eén: dino’s met chloroplasten die leven van fotosynthese, de "autotrofe" dino’s. Twee: de overgrote meerderheid, de mix tussen plant en dier waar Huisman het al over had: "mixotrofe" dino’s. En drie: die van de "heterotrofe" dino’s, dat betekent: ze eten alleen andere eencelligen. Roofdino’s! Vooral deze laatste categorie is hier afgebeeld.’

‘De manier waarop de heterotrofe dino’s hun voedsel vangen en verslinden is fascinerend. Sommigen hebben zelfs een oogachtig organel – wel te zien in de dino’s op Kofoids eerste plaat – heel bijzonder. Een oog! Vergeet niet dat het "slechts" eencelligen zijn!’

Maar wat zijn het?

Voordat het spannend wordt: waar hebben we het over? Dinoflagellaten zijn eukaryoten, net als mensen, dat betekent: organismen wier cellen een celkern bevatten. (Zie alle frutsels in de cellen.) Maar waar mensen verder tot het ‘rijk’ van de dieren behoren en daarna tot de ‘stam’ van de chordadieren, zijn dinoflagellaten een stam binnen het rijk van de protisten.

Dino’s zijn sowieso plankton en worden vaak gezien als algen, maar ‘alg’ is niet veel meer dan een informele term voor een grote, diverse groep eukaryote organismen die aan fotosynthese doen in het water, die niet per se verwant zijn. Maar niet alle dino’s doen dit, sommige dino’s eten dus alleen andere cellen.

Google kwam met nog een andere dino-expert: ecoloog Karen Brandenburg. Zij promoveerde vorig jaar op de vraag of klimaatverandering voor meer giftige dinoflagellaten gaat zorgen in Nederland – waarover later meer.

Wonderlijke naam wel, dinoflagellaat.

Brandenburg: ‘Die naam komt van het Griekse dinos (ronddraaien) en flagellum (zweepstaartje). Een dinoflagellaat heeft namelijk twee flagellen, eentje in het cingulum – die brede groef over de breedte van de cel – en eentje die uitsteekt als een soort staartje aan de onderkant van de cel. Hiermee kan de cel actief zwemmen, in tegenstelling tot veel andere algen. Terwijl hij zwemt tolt hij rond z’n as door de zweepstaart op z’n middel, in de vorm van een kurkentrekker.’

Deze dino’s zijn unarmored, zijn er dan ook armored dinoflagellaten? 

Brandenburg: ‘Ja, sommige dino’s hebben duidelijk een "pantser" aan, opgebouwd uit schijven met delicate structuren erin, soms met stekels. Op deze platen zie je dus geen gepantserde dino’s, maar Ernst Haeckel heeft ze bijvoorbeeld wel getekend. Erg mooi ook.’

Oké, hoezo micropantsers? Een kwalbioloog op WhatsApp gaf me het nummer van de Italiaanse plankton-ecoloog Fernando Rubino.

Wat moet een dino met een pantser?

Rubino: ‘Zo’n pantser of "theca" biedt de cel bescherming, zoals het harnas van een ridder, met poriën erin voor de verbinding met de omgeving. Elk stuk pantser heeft een precieze vorm, grootte en positie. Aan deze "pantserformule" herkennen we de soort.’

‘Maar jouw naakte dino’s zijn vaak heterotroof: ze eten andere protisten, waaronder dinoflagellaten. Dan is pantserloos zijn prima. Zonder een harnas om je cel gaat de jacht makkelijker.’

Wetenschappers houden dus vooral van gepantserde dino’s. 

Paleoceanograaf Appy Sluijs mailt volmondig van ja: ‘Maar om een andere reden dan soortherkenning. De ongepantserde dino’s op deze Kofoid-platen zijn natuurlijk geweldig. Maar alleen gepantserde dino’s kunnen mij leren over klimaatveranderingen in het verleden.’

‘Pantserdino’s doen namelijk aan seks á la de Spice Girls: when two become one. Twee cellen worden letterlijk één: ze fuseren. Dan fabriceert die ene cel een zak van bioplastic om zich heen en zinkt af naar de zeebodem, als "cyst". Daar rust de dino, tot hij weer in actie komt, uit de zak kruipt en terug zwemt naar het zeeoppervlak voor fotosynthese en de protistenjacht.’

‘Maar de bioplastic zak van de cyst blijft achter en breekt net als echt plastic slecht af. We vinden die zakjes dus terug als fossielen, in sedimenten van tot zo’n 160 miljoen jaar oud. De vorm van de plastic zak is soort-afhankelijk. Daarom weten we aan de hand van die zakjes welke soorten dinoflagellaten, in wat voor sedimenten voorkwamen. En omdat de ene soort dino van warm of juist koud, zout of juist iets zoeter, voedselrijk of voedselarm water houdt, kunnen we door onderzoek naar dinozakjes in sedimentlagen zien hoe het klimaat en de oceaan door de tijd heen veranderden.’

‘Heel handig!’

Leuk die pantsers. Terug naar de cellen op de platen. Wat gebeurt daarin?

Brandenburg: ‘Van alles. Maar voor veel dino’s is het belangrijkste proces toch fotosynthese, dus het omzetten van CO2 en water naar suikers, met behulp van energie uit zonlicht. De suikers worden weer gebruikt voor de bouw van celonderdelen: organellen, het celmembraan en de celwand. Maar suikers zijn ook een energiebron om voeding op te nemen, zoals stikstof en fosfor. Stikstof is een belangrijk element in aminozuren, en fosfor in nucleotiden – de bouwstenen van DNA en RNA.’

Waarom maken sommige dino’s dan ook giffen aan? En hoe erg zijn die harmful algal blooms (HABs) die ze vormen?

Rubino: ‘Giffen dienen meestal als verdediging tegen andere cellen, of om de competitie uit te schakelen. Dit gedrag wordt "allelopathie" genoemd. Maar in grote hoeveelheden kan een dinogif als "ciguatoxine" ook massale vissterfte veroorzaken – daar heb je wel een miljoen dino’s per milliliter voor nodig.’

‘De mens heeft op veel verschillende manieren last van dinotoxines. Ze kunnen verlammen, diarree geven of een "amnesisch syndroom", denk: darmklachten, hoofdpijn, geheugenverlies (korte termijn), of zelfs tot coma en de dood leiden. Je hoeft daarvoor niet door water vol dino’s te zwemmen. Je loopt al risico als je vissen of schelpdieren eet, zoals mossels en oesters. Schelpdieren eten dino’s, maar sterven zelf niet aan het gif waardoor de stoffen ophopen in hun vlees.’

Moet Nederland de dino vrezen door klimaatverandering? 

Brandenburg: ‘Naarmate de zomers langer duren hebben dino’s steeds meer tijd om te groeien en schadelijke algenbloei te ontketenen.’

‘Daarnaast zorgen hogere temperaturen ervoor dat de waterlagen minder goed mengen – dat heet "stratificatie". Veel algen hebben daar last van omdat de voedingsstoffen in de onderste waterlaag dan niet in de relatief voedingsstofarme bovenlaag komen.’

‘Maar dinoflagellaten kunnen actief zwemmen en zwemmen gewoon naar dat voedsel toe. Hierdoor kunnen dino’s mogelijk beter met klimaatverandering omgaan dan andere algen.’

‘In Nederland zal grote-vissterfte-door-dino’s niet direct voorkomen. Het is eerder de schelpdierkweek die problemen krijgt. Zeeland heeft veel schelpdierpercelen en de giftige dinoflagellaat Alexandrium ostenfeldii vormt nu al jaarlijks een giftige algenbloei in de Ouwerkerkse Kreek. Wat als dat op meer plekken gebeurt?’

Andere dino’s geven in groten getale juist schitterend licht?

Rubino: ‘Alleen dinoflagellaten met bioluminescente eiwitten doen dat. Mechanische sensoren in de dinocellen reageren op de aanraking van een vis of de verstoring van het water met de afgifte van calcium. Dit calcium reageert met de bioluminescente eiwitten in de cel die vervolgens een blauwig licht afgeven. Dit heet chemoluminescentie. Je maakt de beesten die jou willen eten er bang mee. David Attenborough vergelijkt het dinolicht wel met een inbraakalarm.’

‘Maar wederom, de dichtheid van dino’s in het water moet hoog zijn – meer dan 20 á 30 duizend cellen per liter – voor zo’n zichtbaar effect als lichtgevende golven.’

En wanneer gebeurt dat? 

Brandenburg: ‘Het gros van de voortplanting van dinoflagellaten is aseksueel, dus door celdeling – klonen. Die hoge dichtheden tijdens een bloei zijn allemaal het gevolg van klonen. Maar als het te koud wordt of er te weinig eten is, wordt bij sommige soorten de seksuele fase ingezet en gaan dino’s die cysten maken.’

Rubino: ‘Ook die cysten kunnen op een later moment besluiten ineens massaal uit te komen. Als ze dat doen en zich prompt als gekken klonen, krijg je ook zo’n algenbloei.’

Zijn we dino’s liever kwijt dan rijk al met al?

Rubino: ‘Helemaal niet, ze behoren – samen met cyanobacteriën en diatomeeën – tot de belangrijkste groepen van het fytoplankton: de grootste producenten van biomassa op aarde. Zij vertegenwoordigen in het aquatische voedselweb het laagste trofische niveau – of in gewone-mensentaal, de basis van al het leven. Als het plankton instort, stort het hele ecosysteem in elkaar. En dan verandert de oceaan in een dode bak water.’

‘Daarmee storten óók de ecosystemen aan land in. Want fytoplankton is de grootste leverancier van zuurstof in de lucht, goed voor zo’n 50 á 70 procent – meer nog dan de bossen.’

‘Oké?’