Groene erwtensoep, zo ziet veel zoet water eruit in Nederland. “Het ecosysteem is echt veranderd”, zegt prof. dr. Riks Laanbroek van het NIOO in Nieuwersluis. Hij vertelt over hoe dat komt, en waarom het niet verandert, maar hij legt ook uit wat de aardappeltjes van het schedefonteinkruid hebben aan de woelende poten van de kleine zwaan. Het blijkt dat watervlooien vis die er niet meer is nog steeds ruiken, en dat een meer verkouden kan zijn.

“Er is van alles misgegaan met het zoete water in Nederland. Op veel plaatsen is het groene erwtensoep geworden. De stikstof- en de fosfaatlozingen uit de jaren zestig en zeventig, en nog een aantal andere dingen, hebben het ecosysteem echt veranderd.”

Prof. dr. Riks Laanbroek begint vanzelf middenin de zaken waar het in zijn dagelijks werk om draait: het onderzoeken van zoetwaterorganismen in hun onderlinge samenhang  en in relatie tot hun omgeving. Het bijbehorend jargon omvat twee woorden: ecologie, of onder vakbroeders ook wel oecologie (de term voor de wisselwerkingen tussen alle organismen en hun milieu) en limnologie (de natuurkunde, scheikunde en biologie van zoetwaterorganismen daarbinnen).

Laanbroek is sinds 1993 directeur onderzoek van het Centrum voor Limnologie, de Nieuwersluise afdeling van het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek (NIOO), waar ook het ‘hoofdkantoor’ van dit KNAW-instituut gevestigd is. In de tuin vol kastanjebomen, waar op de dag van het gesprek zon en mist aldoor om voorrang met elkaar strijden, staat nog steeds de prachtige oude villa Vijverhof, maar Laanbroeks werkkamer bevindt zich in het nieuwbouwgedeelte.

“Onze vraagstellingen liggen buiten”, zegt Laanbroek (46), “en daar vallen dingen op. Bijvoorbeeld dat het ecosysteem niet het vermogen heeft gehad zo te reageren dat het oude evenwicht hersteld werd. We zitten nog steeds met een algenplaag, of eigenlijk zijn het cyanobacteriën, die ook wel blauwwieren genoemd worden, al is het geen wier.”

“Die cyanobacteriën doen het heel goed op fosfaten, en door lozingen uit de agrarische sector, de huishoudens en de industrie zit de bodem daar vol mee. Dat fosfaat komt vrij, en is voedsel voor de cyanobacteriën. Maar die gaan op een gegeven moment dood, en zakken dan naar de bodem. In Nederland zijn er veel ondiepe meren waar de wind grote invloed heeft.”

“In de Loosdrechtse Plassen en het Tjeukemeer bijvoorbeeld, komt het water door de wind  in beweging, en krijg je opwervelingen die het licht wegnemen. Vroeger hadden we een stabiel ecosysteem met onderwaterplanten, maar we zijn nu naar een nieuw systeem gegaan, met grote hoeveelheden cyanobacteriën die het licht wegnemen, zodat er geen planten meer op de bodem kunnen groeien. Als je dat waarneemt dan raak je geïnteresseerd in de mechanismen die dat bepalen.”

Zout water

Want schoon zoet water is letterlijk van levensbelang. “De vraag ernaar wordt steeds groter,” legt Laanbroek uit. “Naarmate er meer mensen komen, is er meer zoet water nodig. Voor van alles. Niet alleen om te drinken en wassen en dergelijke, maar ook voor de industrie en voor agrarische activiteiten.”

“En er komen steeds meer problemen, ook in Europa. In Portugal en Spanje bijvoorbeeld, is de laatste jaren erg weinig regen gevallen. Als je dan toch aldoor het zoete water wegpompt, dan wordt het op een gegeven moment van onderaf weer aangevuld met zout water. Dat is daar nu aan het gebeuren. En in Hongarije en Slowakije zijn er problemen met de Donau, die vervuild is. Een duurzaam beheer van zoetwater-ecosystemen wordt steeds noodzakelijker. Binnen de EU zien ze dat nu ook. Daar zijn wij ook bij betrokken. Ik was laatst op een EG-vergadering, en in het volgende Europese onderzoeksprogramma – dat zijn die kaderprogramma’s – wordt zoet water een groot punt.”

“Om water te kunnen recycelen heb je kennis nodig van het ecosysteem, moet je de grenzen waartussen het zich beweegt kennen. Hoeveel vervuiling kan een systeem aan? Wanneer is de zaak nog terug te draaien? Om dergelijke fundamentele vragen gaat het.”

“Overigens is in grote delen van Europa de industrie inmiddels goed op weg met het recycelen van water, alleen in de landbouw is daar nog geen sprake van. Daar laten ze alles in de sloot weglopen, vanwaar het uiteindelijk in zee verdwijnt. En dan zijn er de rioleringssystemen in de steden. Een paar nieuwe projecten werken nu met twee soorten kranen in huis, waardoor je de wc kunt doorspoelen met regenwater, in plaats van dat er telkens vele liters goed drinkwater worden weggespoeld.”

Ruzies om licht

Het belang van het type onderzoek dat vanuit Nieuwersluis plaatsvindt, is duidelijk. Laanbroeks eigen hart ligt het meest bij de fundamentele vragen. Telkens als hij vertelt over de samenhang en het op elkaar inwerken van verschillende organismen lichten zijn ogen even op.

Hij schetst nog even het NIOO: “De bedoeling is dat het instituut zo veel mogelijk leefmilieus ‘dekt’: dus zowel grond als water als lucht. In Heteren richten ze zich daarbij op individuen, en de vestiging in Yerseke houdt zich bezig met grootschalige stromen, patronen van koolstof, stikstof en nog een heleboel meer.”

“Bij limnologie hier draait alles om communities, leefgemeenschappen of combinaties van populaties. Daarbinnen zitten natuurlijk individuele organismen, die reageren op impulsen. Je hebt de genetische kant: een deel van een populatie kan door een mutatie veranderen. Als dat gebeurt, hoe zit dat dan? Waarom redt een mutatie het? Wat is de samenhang met populaties van andere organismen die daar ook zitten? Je wilt de interacties begrijpen, de ruzies om licht en voedsel, en dergelijke, en de gevolgen daarvan voor het ecosysteem.”

“Een mooi voorbeeld is de plant-dierinteractie. Een van de drie werkgroepen hier doet daar onderzoek naar, onder leiding van Marcel Klaassen. Het is nog een jonge groep die heel specifiek naar de kleine zwaan kijkt. Die vogel overwintert hier, maar broedt in Siberië.”

“In het voorjaar trekt hij daarheen, en elk najaar komt hij weer terug naar West-Europa. Dat haalt hij alleen niet in één keer. Hij maakt onder meer tussenstops in Denemarken en de Baltische Zee. Daarvoor moet hij goed kunnen plannen. Hij mag niet te vroeg in Siberië arriveren, als alles nog ijs is, maar ook niet te laat, want er moet voldoende tijd zijn de jongen groot te brengen, en de zomer duurt daar maar kort.”

“Dat is de energetica van de zwaan. Een deel van die beesten is gemerkt, en we kunnen ze dus volgen. In het Lauwersmeergebied kunnen ze tegenwoordig op de week nauwkeurig voorspellen wanneer de zwanen arriveren.”

Schedefonteinkruid

“Maar er zit ook een duidelijke plantenkant aan dit onderzoek. Die zwanen voeden zich voor hun reis met zogeheten tubers. Dat zijn heel energierijke knolletjes van het schedefonteinkruid, een onderwaterplant die –overigens steeds minder – voorkomt in de ondiepe wateren in Nederland. Die tubers groeien onder de grond, als een soort aardappeltjes.”

“Nu is een van de vragen wát nu bepaalt dat de planten op een bepaald moment die knolletjes gaan aanmaken. Het schedefonteinkruid ‘overwintert’ ermee: de plant sterft na het vormen van de aardappeltjes af, en die lopen dan in het volgende seizoen weer uit. Het moment hangt onder andere af van de lengte van de dag, blijkt. En de productie sluit dus goed aan bij het tijdstip waarop de zwanen moeten vertrekken om, met die tussenstops, toch op tijd in Siberië te zijn. Maar het is een grappige interactie. Want je vraagt je natuurlijk af hoe dit systeem stand kan houden: wat is het belang van de plant bij opgegeten worden door die zwanen?”

“Wel, dat zit ‘m in het feit dat het schedefonteinkruid een pionierplant is, die in het sediment graag zijn eigen gang wil gaan. De grote poten van de zwaan woelen het sediment op, maar hij gaat niet door totdat alle knolletjes op zijn. Voor degene die overblijven, betekent dat dat ze weinig concurrenten hebben, en dus rustig kunnen gaan ‘pionieren’. Het schedefonteinkruid heeft dus met andere woorden ook baat bij deze populatiebeïnvloeding.”

Varkensmest uit Brabant

Nieuwe ontwikkelingen zijn er ook bij de oudste onderzoeksgroep in Nieuwersluis, waar de interactie tussen verschillende organismen wel héél duidelijk is: het bestuderen van wie wie eet, ofwel het voedselketenonderzoek.

“Vanaf het begin van de zestiger jaren tot het begin van de jaren negentig heeft het Limnologisch Instituut een aantal meren gemonitort,” vertelt Laanbroek. “Daardoor kennen we de randvoorwaarden van de Loosdrechtse plassen, het Tjeukemeer en in iets mindere mate het IJselmeer, heel goed. Het gaat om dingen als hoe snel koolstof wordt omgezet in een meer, hoe lang het duurt voordat stikstof is doorgevoerd. Daarmee wil je de consequenties van menselijk handelen kunnen inschatten. Als je bijvoorbeeld de varkensmest uit Brabant nou eens in Loosdrecht zou dumpen, wat zou er dan gebeuren met het hele ecosysteem?”

“In principe zit het zo: je hebt het (plantaardige) fytoplankton, dat onder meer bestaat uit algen en die cyanobacteriën, en dat wordt gegeten door het (dierlijke) zoöplankton, dat op zijn beurt weer als voedsel dient voor vissen die zelf weer door andere vissen gegeten worden.”

“We willen bijvoorbeeld weten in hoeverre de kwaliteit van het fytoplankton het succes van het zoöplankton bepaalt. Watervlooien of daphnia’s, zijn binnen dat zoöplankton een belangrijk onderzoeksobject, omdat je ze makkelijk kunt kweken in een laboratorium.”

“Zo hebben we de afgelopen jaren gekeken naar de effecten van verzadigde vetzuren. Er waren aanwijzingen in de buitenlandse literatuur dat die een rol speelden in het plankton. Dus hebben we met verzadigde vetzuren verrijkte algen aangeboden aan daphnia’s, en vervolgens hun aantallen nakomelingen geteld. Het bleek dat die vetzuren weliswaar een rol spelen, maar dat de fosfaten nog steeds veel belangrijker zijn.”

Vreetdruk

“Maar we kijken ook verderop in de voedselketen, naar de relatie tussen het zoöplankton en vis. De daphnia bedenkt allerlei dingen om aan de vreetdruk van de vissen te ontkomen.”

“Ze moeten een precair evenwicht zien te houden. Als ze klein zijn, zien de vissen ze kennelijk niet, en worden ze niet opgegeten. Maar ze moeten ook weer niet té klein zijn, want dan zijn juist heel geschikt voer voor allerlei ongewervelden.”

“En er zijn verschillende soorten watervlooien. Je hebt er die doen aan ‘verticale migratie’. Watervlooien zitten in diepere plassen het liefst bovenaan, bij de oppervlakte, waar de actieve algen zijn en het licht, maar ja, daar zitten de vissen ook. Sommige soorten en klonen lossen dat op door overdag naar de bodem te zakken, en ’s nachts, als de vissen ze niet kunnen zien, naar boven te komen om te eten. Maar waarom doen niet alle soorten en klonen dat? Zit er dan toch ook een nadeel aan dat migreren? Daarmee raak je aan heel fundamentele vragen, en met de antwoorden kun je wel bijdragen aan een goed beheer van de watergebieden.”

Interessant vindt Laanbroek ook het nog nieuwe onderzoek naar wat infochemicals genoemd worden. “Een Nederlands woord hebben we nog niet echt,” zegt hij, “het is Engels voor chemische stoffen die een informatiebron zijn. Hoe ze precies werken, weten we nog niet, maar die watervlooien ruiken of er ergens vis zit.”

“Vissen scheiden een stof af waar daphnia’s op reageren, bijvoorbeeld met dat migreren. Hoe weten we dat nou? Ze doen het ook in een aquarium waar we de vis uit gehaald hebben. In ‘viswater’ reageren watervlooien alsof die vissen er gewoon zijn. En in de interactie tussen algen en het zoöplankton spelen infochemicals ook een rol. Sommige algen gaan samenklonteren in de buurt van zoöplankton, zodat het als het ware te grote happen worden voor dat plankton. Waaruit die infochemicals bestaan, is nog niet duidelijk. Is het feces? Ellen van Donk gaat daar nu onderzoek naar doen.”

Haperen

Laanbroek, die ook bijzonder hoogleraar bodemmicrobiologie in Nijmegen is,  leidt zelf de derde werkgroep, die microbiële gemeenschappen onderzoekt. “We kijken dus naar microben,” vertelt hij. “De opbouw, de structuur, de diversiteit, de functie van de microbiële gemeenschap.”

“We veronderstellen bijvoorbeeld dat die cyanobacteriën slecht afbreekbaar zijn. Want waarom verdwijnen ze niet? Kennelijk hapert er iets, het oude ecosysteem met de waterplanten wil maar niet terugkomen. Wat zit er in de gemeenschap dat voorkomt dat de cyanobacteriën worden afgebroken?”

Het is pas sinds kort dat bacteriën en bacteriepopulaties uit de natuur goed onderzocht kunnen worden. Sinds de moleculaire genetica bestaat, en sinds je bacteriën kunt kleuren, en ze kunt tellen met een ‘flowcytometer’, is duidelijk geworden hoeveel nadelen er kleven aan laboratoriumonderzoek.

Laanbroek: “Het is gebleken dat we met het kweken van kolonies in het lab hooguit een of twee procent van de bacteriën uit het systeem halen. Degene die het goed doen in een petrischaal maken maar een heel klein deel van het geheel uit.”

“In plaats van honderd miljard heb je een miljard bacteriën op de plaat. Of die ook het belangrijkste zijn voor het ecosysteem is maar helemaal de vraag. De moleculaire genetica schiet hier te hulp. DNA kun je uit het water halen, vervolgens vermenigvuldig je het, en daarmee kun je dan een ‘fingerprint’ maken. Daarmee krijg je een overzicht van de DNA-patronen in een bepaald water op een gegeven ogenblik. Op andere momenten kun je dat dan herhalen. Sinds eind ’95 hebben we hier gelukkig de laboratoriumfaciliteiten om zelf die fingerprints te maken. Dat laten doen is erg duur.”

Met die nieuwe methoden kwam men erachter dat de bacteriegemeenschap in het water in de Loosdrechtse Plassen het hele jaar tamelijk constant is, maar dat er in het IJselmeer een grotere heterogeniteit bestaat. “In Medemblik is de samenstelling van het water weer anders dan in de Markermeer,” vertelt Laanbroek. “Er zijn verschillende soorten cyanobacteriën, en die blijven ook niet het hele jaar op dezelfde plaats. Er zit dynamiek in alle bacteriën, blijkt. We kunnen met koolstofmetingen ook nagaan of ze meer algen of meer in het water beland afval van landplanten binnenkrijgen. Dat helpt ook weer een beeld te krijgen van de structuur van de gemeenschap.”

Verkouden meer

“Intrigerend is ook de rol van virussen. We willen de situatie in het veld bestuderen, maar die bootsen we soms na in het lab, in zogenoemde enclosures, afgesloten vaten. Vorig jaar hadden we in november water uit Loosdrecht opgevist, en dat hebben we toen opgewarmd naar zomertemperatuur, en we hebben het zomerlicht gegeven.”

“Toen raakten we van de ene op de andere dag ineens de cyanobacteriën kwijt, zoals je soms ook in de meren ziet gebeuren. Ineens is de troebele soep helder, een enorme verandering in het patroon van de bacteriën.”

“Via de elektronenmicroscoop zagen we toen dat het water vol virussen zat. Iemand hier had het erover dat het meer verkouden was. Hoe het precies in zijn werk gaat, begrijpen we nog niet, en ingrijpen op het systeem door virussen uit te zetten lijkt geen goed idee. Maar misschien kan dit op den duur helpen om afgesloten waterreservoirs schoon te houden.”

Naast de cyanobacteriën onderzoekt de groep van Laanbroek nog een gemeenschap: “Dat zijn de nitrificerende bacteriën. Het mooie daarvan is dat ze overal zitten, maar van de pakweg 10.000 soorten bacteriën die we kennen zijn er misschien maar twintig nitrificerend, en dat kunnen we nu in het veld zichtbaar maken, in het lab lukte dat slecht.”

“Wat is nitrificeren? Wel, deze bacteriën kunnen ammoniak omzetten in nitraat. Ammoniak en nitraat zijn allebei vormen van stikstof. Ammoniak is een immobiel ion dat zich in de bodem bevindt, en daar betrekkelijk goed zit, bij wortels enzo. Krijg je nou te veel ammoniak, bijvoorbeeld door overbemesting, dan raakt de bodem verzadigd, en wordt ammoniak omgezet in nitraat. Nitraat is een niet-immobiel, negatief geladen ion, en dat gaat naar het oppervlaktewater. Daar krijg je dan eutrofiëring, voedselverrijking, en dat heeft al die extra algen tot gevolg. Nitraat in het grondwater verontreinigt het drinkwater. En bij die nitrificatie komen ook broeikasgassen vrij. Die processen willen we dus graag goed begrijpen. In ieder geval weten we inmiddels dat infochemicals ook bij nitrificerende bacteriën een rol spelen. Daar ligt echt een mooi nieuw terrein.”