De kwallen komen, houd je vast voor kwalmageddon

Vraag: wat drijft de wetenschapper die kwallen met tie-wraps aan een platform bindt en ze met camera afzinkt naar de zeebodem van een Noorse fjord?

Antwoord: hij wil weten of er iets is wat kwallen eet.

Dit is kwalonderzoek anno nu. Oftewel, we don’t know shit. Lange tijd was dat prima. Totdat invasies van enorme, uit het niets opdoemende zwermen kwal – jellyfish blooms – steeds vaker het nieuws haalden. Niemand weet waar ze ineens vandaan komen of hoe je van ze afkomt als ze er zijn.

Maar de verrichtingen van die miljoenen dicht op elkaar zwemmende slijmzakjes zijn ronduit spectaculair. Mijn persoonlijke favoriet: die keer dat ze Amerika’s trots, het nucleair aangedreven supervliegdekschip USS Ronald Reagan, uitschakelden. Het koelsysteem van de kernreactor had nét iets te veel water met kwal gehapt.

Elk apparaat dat water uit de zee zuigt, heeft in potentie een probleem met jellyfish blooms . Of het nu koelsystemen van energiecentrales en datacentra zijn of gewoon waterzuiveringsinstallaties. Kwallen legden de hele reut bij herhaling plat en hebben daarmee talloze mensen wereldwijd – van India tot Zweden, van de Filipijnen tot Israël en Californië – dagenlang zonder stroom of water laten zitten. Waarbij de getroffen bevolking dan soms zelfs dacht dat er een staatsgreep aan de gang was. Want wie denkt er aan kwallen?

Kwallen komen naar je toe deze zomer

Ook de toerist wordt door kwallen gejend. Ze pakten David Cameron op diens vakantie in Lanzarote. Had hij maar achter een antikwallennet gezwommen. Of een antikwallenzwempak aangetrokken. Of zich ingesmeerd met antikwallenzonnebrand. Ja, dat alles bestaat.

Wat wetenschappers de meeste zorgen baart, is dat die gigantische hoeveelheden kwallen het leven zuigen uit elke zee

Wat een minder spectaculair verhaal is, maar wetenschappers wel de meeste zorgen baart, is dat die gigantische hoeveelheden kwallen het leven zuigen uit elke zee die ze aandoen.

Eigenaars van viskwekerijen in open water kunnen wel opdoeken zodra een jelly bloom door de netten tentakelt. En als zo’n net aan een vissersboot vastzit, heb je kans dat puur het gewicht van tonnen kwallen de boot doet kapseizen. Dit gebeurt in Japan. Maar vooral de wilde vis ziet af door kwal. Kwallen putten uitgeputte visvoorraden verder uit, door zowel vislarven te eten als het plankton waar een vislarf op groeit.

Vervelend voor de visstand en misschien wel nog vervelender voor de portemonnee. Zuid-Koreaanse wetenschappers raamden de verloren inkomsten voor hun land door vis-gerelateerde kwalstrapatsen tussen de 70 en 200 miljoen dollar per jaar. Dit deed de deur dicht voor een handjevol Zuid-Koreaanse robotici dat dacht: kwallen, misschien moeten ze gewoon kapot. En de eerste wonderlijke kwaloplossing waar we naar zullen kijken – JEROS de kwalterminator – was geboren.

Oplossing 1: Kwaldestructie met Koreaanse kwallenshredders

JEROS staat voor Jellyfish Elimination Robotic Swarm en is niet zozeer één Arnold, als wel een volautomatische vloot terminators. Bovenwater oogt elke terminator als een minigiraffe op een catamaran van ongeveer anderhalve vierkante meter groot.

Illustratie door onze redactioneel vormgever Leon Postma

Hoe hij werkt? Stel, de camera aan zijn lange nek spot een object. Algoritmes berekenen of het een kwal is. Ze letten op vorm. Bij kwalakkoord roept JEROS de rest van de vloot erbij en berekenen andere algoritmes het optimale destructiepad. Al varende drijft JEROS de kwallen in zijn onderwaterfuiken, die uitkomen bij snel draaiende rotormessen. Daar is het einde oefening, voor 25 kwallen per minuut per bootje.

Maar de ene kwal is de andere niet. Zuid-Korea lijdt onder oorkwallen (Aurelia aurita). Deze kwal heeft de tekening van een klavertje vier op zijn hoed en een diameter van ongeveer 30 centimeter. Ook is er overlast van de Nemopilema nomurai, een lompe oranje kwal die met doorsneden van twee meter tot 200 kilo kan wegen. Tegen die dikke kwal, die vissersschepen doet zinken en visnetten breekt, begint de huidige JEROS niks. Daar zijn ze te klein voor. Zodoende herkennen de Koreaanse JEROS-algoritmes nu alleen oorkwallen als vijand. Maar dat duurt niet lang meer.

‘Veel internationale bedrijven tonen interesse in het optimaliseren van JEROS voor andere omgevingen en kwalsoorten,’ vertelt geestelijk vader Hyun Myung, robotingenieur aan het Korean Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). Momenteel ontvangt Myung veel mails van de offshore-industrie in het Midden-Oosten . ‘Het is lastig om voor al die verschillende kwalsoorten een eigen algoritme op te tuigen, daarom proberen we JEROS te voorzien van kunstmatige intelligentie of machine learning algoritmes.’ Kan JEROS zichzelf leren wanneer iets een kwal is. Wordt nog spannend op het Binnenhof.

... of misschien toch maar niet

Met al die internationale interesse in JEROS kwam ook het nodige internationale commentaar. Volgens kwalexperts werken kwalshredders averechts. Zij zien twee aanzienlijke problemen.

Ten eerste: Waar gaan al die versnipperde stukjes kwal heen? Ofwel ze zinken naar de zeebodem en rotten daar weg – want wat eet er kwal? en als iets kwal eet, eet het vast niet zoveel kwal als JEROS in een paar uur shredt – waarbij ze het bodemleven doen stikken in slijm. Of koelsystemen verslikken zich toch weer in de kleverige massa, die nu net iets lastiger op te ruimen is, want kleiner. Of de stukjes tentakels met netelcellen overspoelen alsnog je anti-kwallennetten en stranden en je hebt de facto het kwalbereik zelfs vergroot.

Ten tweede: Als je kwallen opensnijdt, laten ze al hun ei- en spermacellen in één keer los. Ze bevruchten elkaar en volgend seizoen is je jellyfish bloom-probleem exponentieel gegroeid.

‘We zijn teruggekomen van de shredder,’ zegt Myung. Een nieuwe JEROS-versie schept kwallen uit het water in een opslagcontainer die 420 stuks aankan.

Wat gaan we doen met alle afgevangen kwal? Kwallen zijn lang niet allemaal eetbaar. Myung: ‘Dat vragen wij ons ook af. Laatst zag ik een paper waarin werd voorgesteld om kwallen te gebruiken als meststof voor de rijstbouw.’

Kwal zou zowel de oogst van de rijst vergroten, als chemische bestrijdingsmiddelen tegen onkruid overbodig maken. Het ongelofelijke verhaal van JEROS, de autonome zwerm kwallenvangers, die kwalkunstmest maken voor Koreaanse rijstteelt. Myung: ‘Klinkt goed. En mogelijk kan de cosmetische industrie iets met kwallen? Er zit veel collageen in.’ Kwallenantirimpelcrème ofzo?

Oplossing 2: Kwalcontrole middels Russisch-Duitse hormoonkuren

Een eventuele kwallenkunstmestindustrie is afhankelijk van de hoeveelheid kwal die JEROS aanlevert. Hoewel kwallen veel voorkomen, kan zowel de omvang als het tijdstip van verschijning van zo’n grote zwerm kwallen sterk fluctueren. En daar is geen businessplan op te bouwen. Tenzij je misschien het ontstaan van zulke kwallenmassa’s - blooms - kunt sturen? En dat kan. Op naar wonderlijke kwaloplossing twee, van de kwallenfluisteraar uit Sint-Petersburg.

De Russische moleculair bioloog Konstantin Khalturin ontdekte aan het Zoölogisch Instituut in Kiel een stof die oorkwallen (Aurelia aurita) binnen 48 uur baby’s uit doet poepen. Khalturin: ‘Geen birth control, maar uncontrolled birth!’

Om te begrijpen hoe Khalturins geboortepil ongeveer werkt, duiken we eerst even in de eigenaardige reproductierituelen van een kwal. ‘Die transparante, pulserende schijf zoals iedereen de kwal kent – dat is gewoon een fase, één van zijn drie manifestaties,’ zegt Khalturin. Het genoom van kwallen kent globaal drie bouwplannen: de larf, de poliep en de kwal.

Bouwplan 1: De larf. Larfjes zwemmen een poos rond in zee totdat ze een mooie harde rots vinden, zich daar vastzetten en transformeren tot poliepen.

Bouwplan 2: De poliep. Poliepen kunnen zich oeverloos aseksueel voortplanten: klonen. Moet de voortplanting weer seksueel gebeuren voor wat fris DNA, dan gaan poliepen kwallen maken. Dat doen ze door hun uiteinde op te delen in horizontale schijfjes en deze ins Blaue hinein af te schieten – een proces dat ‘strobuleren’ heet. De schijfjes – of ephyra – zuigen zich voor 96 procent vol met water en ontwikkelen zo tot complete kwal.

Bouwplan 3: De kwal. Deze sierlijke zeeschijf is het ‘medusastadium’ van een kwal, waarin deze eitjes en spermacellen aanmaakt. Bevruchten die elkaar, dan ontstaan larfjes en zijn we weer terug bij bouwplan 1.

‘Bizar toch,’ kraait Khalturin. ‘Hetzelfde DNA maakt de ene keer een kwalbeest dat oceanen oversteekt, vissen wegvaagt, centrales verstopt en maximaal een halfjaar leeft – en de andere keer een kwalpoliep die totaal stationair is, maar dat passieve wel heel erg lang vol kan houden. Sommige poliepen zijn zelfs biologisch onsterfelijk.’

... metamorfosehormonen for the win?

Khalturins geboortepil dwingt oorkwalpoliepen te strobuleren – het kwalschijfjes maken. Gooi 150 kilogram werkzame stof in een kubieke kilometer water en al wat daar leeft aan oorkwalpoliep maakt kwalmini’s. Klinkt ideaal: in theorie zijn jellyfish blooms zo aardig te timen voor de komst van JEROS de kwallenvanger. Khalturin: ‘Of je kunt nieuwe generaties kwal prematuur laten sterven als dat nodig is, door poliepen te doen bloomen in de winter, als er voor babykwallen nog te weinig eten is in zee.’

Helaas staan ook nu tussen droom en realiteit praktische bezwaren. Want zelfs als het hormoon zonder schadelijke bijwerkingen voor ander leven met kilo’s tegelijk in zee geplempt kan worden – wat we niet weten: vind die jellyfish bloom-poliepen eerst maar eens, in een onmetelijk grote oceaan.

Waarom is dat zo moeilijk? Kwalpoliepen zijn bijna niet te zien. Op harde ondergronden vormen ze semi-transparante polieptapijtjes van een kleine vier millimeter hoog. En als je ze al zou vinden doet zich meteen een nieuw probleem aan: van veel kwallensoorten weten we niet eens welke poliep erbij hoort. Dat is ook amper te traceren. Een kwal kan door stroming mijlenver van zijn geboortepoliep zijn afgedreven tegen de tijd dat hij ons onder ogen komt.

Misschien is het zaak om dit soort kwal-basics eerst eens in kaart te brengen. Welke kwallen zitten waar? En wanneer? Dit is precies wat de Italiaanse kwalloloog Ferdinando Boero al jaren interesseert.

Oplossing 3: Kwallen in kaart brengen met apps

‘Kwallen bevechten, vergeet het,’ zegt Boero. Elke tactiek die je bij andere ‘plagen’ in zou zetten, vangt bot bij kwallen. Pesticiden doen ze niks. Veel kwallen zwemmen niet actief ergens heen, dus vluchten ze ook niet actief van iets weg. Hetzelfde geldt voor elektrocutie. Akoestische schokken dan? Nee, de kwal zonder hersenen of oren heeft geen notie van geluid. ‘Kwallenshredders, hormoonkuren, het is slechts symptoombestrijding,’ meent Boero.

‘Kwal eten, waarom zou je? Een kwal is 96 procent water. Zwem dan gewoon met je mond open.’

Waarschijnlijk is het ook helemaal niet wijs om kwallen lukraak uit zee te plukken, of anderszins de oorlog te verklaren. Boero: ‘Weet jij veel welke voedselschaarste je daarmee veroorzaakt voor zeebeesten elders.’

Diepzee-ecoloog Andrew Sweetman - de man die kwallen afzinkt naar fjordbodems - liet zien dat allerlei vissen, krabben en kreeftjes kwal eten. Van dat onderzoeksresultaat stond Sweetman overigens paf: ‘Kwal eten, waarom zou je? Een kwal is 96 procent water. Zwem dan gewoon met je mond open.’ Blijkbaar zijn kwallen de groene thee van de zee. ‘En alles wat normaal gesproken kwal eet,’ zegt Boero, ‘ligt nu in de supermarkt. Het is simpel: herstel de visstand en je kwallenprobleem is opgelost.’

Boero is een groot voorstander van citizen science of burgerwetenschap. Hij wil iedereen die aan de Middellandse Zee woont enthousiasmeren voor kwallen om de zeegeletterdheid van mensen te vergroten. Daarom startte hij in 2009 het project Occhio alla Medusa – spot de kwal - waarvoor hij onder andere een poster maakte met alle kwallen die in de Middellandse Zee voorkomen, met de vraag om hem via een app zoals JellyWatch of via de mail op de hoogte te houden van welke kwallen je waar ziet.

Kwallen worden aan land gehaald in Ban Talay Nok, Thailand. Foto: Hollandse Hoogte

‘Op basis van burgerinformatie hebben we zo al globale patronen kunnen herkennen in de verschijningsfrequentie van bloemkoolkwallen (Rhizostoma pulmo) en spiegeleikwallen (Cotylorhiza tuberculata).’ Medio juli is de Cotylorhiza bijvoorbeeld altijd opeens alom aanwezig, langs 8.500 kilometer Italiaanse kust.

Kun je met al die kwaldata op den duur een programma schrijven dat jellyfish blooms voorspelt, zoals meteorologen dat doen met het weer? ‘Van wetenschap wordt verwacht dat het algoritmes produceert die met één druk op de knop de toekomst voorspellen,’ zegt Boero. ‘Dit is een infantiele verwachting.’ Het is al moeilijk om het weer van overmorgen met enige nauwkeurigheid in te schatten. Het al dan niet ontstaan van jellyfish blooms hangt met nog veel meer factoren samen dan het weer. ‘Veel verder dan soft predictions zullen we niet komen.’

Hoewel dat door anderen wordt weersproken. Daar veel kwallensoorten niet actief hun zwemrichting bepalen, bepalen zeestromingen die. Zeestromingen zijn prima te modelleren. Toegegeven: dan weet je nog altijd niet waarom welke poliepen, die waar staan, beginnen met kwallen maken. Het begin blijft zoek.

Boero: ‘Maar we ontdekken nog altijd nieuwe soorten door mensen die ons foto’s sturen van kwallen die niet op de poster voorkomen. En mensen zijn elke keer weer verbaasd als je zegt dat er waarschijnlijk tegen de 8 miljoen diersoorten op aarde rondhangen, waarvan we er nog geen 2 miljoen kennen.’

Voor alle belang die overheden of instanties zoals de Verenigde Naties hechten aan biodiversiteit, is die soortenkennislacune eigenlijk wel typisch. Boero: ‘We vinden zwarte gaten in alle uithoeken van het universum – dit soort studies kosten miljarden euro’s. Terwijl, wat is onze impact op zwarte gaten? En wat is de impact van de zwarte gaten op ons welzijn?’

Laten we eerst eens kijken naar de zwarte gaten in onze kennis van zee-ecosystemen, voordat de zee onherkenbaar verkwalt. Zou een hoop non-oplossingen schelen.